高考電學實驗復習策略

王國紅，高考全省“十連冠”功勛教師，現任高三物理備課組組長。

編者按：“你要戰，便作戰！”《射雕英雄傳》里成吉思汗答復花剌子模的戰書可謂是豪氣萬千。支撐著這豪氣的，是雄厚的實力與細致的戰備。面對無可回避的電學實驗題，我們既要有敢于面對的勇氣，更需要做的，就是要了解電學實驗高考經常考什么？怎么考？從而有目的地復習，在有限的時間內快速提高自身實力，備考應戰。

由于高考理綜物理必考部分通常只有12道題，受此限制，大部分高考理綜卷都未對恒定電流一章的知識另外單獨設題考查，而電學實驗不僅考查了大綱和考試說明所要求的獨立完成實驗的能力和實驗設計能力，同時也有效地考查了電學基礎知識。此外，電學實驗題尤其是設計性電學實驗題富于變化，為命題者提供了廣闊的命題空間。基于上述原因，電學實驗備受出題人的青睞，幾乎是每年必考。

一、高考電學實驗考什么

縱觀近兩年的全國14套高考試題，除了上海等一些個別省份考了電磁感應的實驗，其他省份考的都是穩恒電流的實驗，以實驗室中電阻的測量為依托，考查了基本儀器的使用、讀數，儀器的選擇，電路的連接，原理的設計，數據的處理等多方面的內容。其中，基本儀器的讀數是出現頻率很高的一個考點，在2012年、2013年分別有5套和4套試卷涉及基本儀器的讀數，而實物連接更是在2013年14套卷中的8套卷中出現，說明現在的高考更注重對考生動手能力的考查與實驗探究能力的考查。

二、在復習中要注意什么問題

1.注意基本儀器的使用

基本儀器的讀數和使用是中學物理實驗教學的基礎，同樣也是高考實驗試題考查的重要內容。《考試大綱》要求會使用的儀器中，刻度尺、天平、彈簧秤、溫度表等的使用，已在初中進行系統、重點的學習和考查，而與電路實驗相關的器材——電流表、電壓表、多用電表、滑動變阻器、電阻箱、螺旋測微器等就理所當然地成為高考考查的重點。

（1）螺旋測微器、游標卡尺的使用與讀數

真題1 （2012廣東高考題節選）某同學測量一個圓柱體的電阻率，需要測量圓柱體的尺寸和電阻。分別使用游標卡尺和螺旋測微器測量圓柱體的長度和直徑，某次測量的示數如圖1和圖2所示，長度為 cm，直徑為 mm。（參考答案見文末，下同）

圖1 圖2

總結：對于游標卡尺與螺旋測微器要清楚其使用原理，弄清楚是怎樣把小量放大進行測量的。游標卡尺出錯率比較高，主要是要分清游標卡尺有10分度、20分度、50分度，清楚了原理其精確度就不用死記了。還有游標卡尺的半毫米刻度線是否露出又是一個易錯點，這些易錯點要在改錯本上進行記錄，這樣就能保證不失分。

（2）電表的使用與讀數

真題2（2013上海高考題節選）為確定某電子元件的電氣特性，做如下測量：用多用表測量該元件的電阻，選用“×100”倍率的電阻擋測量，發現多用表指針偏轉過大，因此需選擇 倍率的電阻擋（填 “×10”或“×1k”），并 再進行測量，多用表的示數如圖3所示，測量結果為 Ω。

圖3

真題3（2011海南高考）圖4是改裝并校準電流表的電路圖，已知表頭的量程為Ig=600μA，內阻為Rg，是標準電流表，要求改裝后的電流表量程為I=60mA。完成下列填空。

（1）圖4中分流電阻RP的阻值為 。

（2）在電表改裝完成后的某次校準測量中，表的示數如圖5所示，由此讀出流過電流表的電流為

mA。此時流過分流電阻RP的電流為 mA（保留一位小數）。

總結：在學習這些基本儀器使用方法時，應抓住各種基本測量儀器的共性：

（1）各種基本測量儀器都有一定的量程。

（2）使用測量儀器前通常都要調節零點或校正零點，否則測出的數據就不準確。

（3）會正確讀數。關鍵是會讀出儀器的最小刻度值，會從最小刻度之間估計出一位有效數字。

（4）根據儀器的構造原理，掌握它的使用方法和使用規則。

（5）為了減小誤差，應掌握使用儀表所用量程的三分之二左右讀數。

2.重視動手能力的培養

如上文所述，實物連接在高考卷中頻頻出現，說明現在的高考更注重對考生動手能力的考查與實驗探究能力的考查。實物連接實際并不難，但是在高考閱卷中發現，考生的丟分情況很嚴重。要解決這個問題，最有效的辦法莫過于自己動手做實驗。如果同學們能夠在實驗室熟練地把實物接好，考試中連接電路圖肯定沒問題。物理實驗考查的是學生的實驗素養而不是死記硬背，在越來越重視學生能力考查的新課標模式下，動手能力顯得尤為重要，所以一定要抓住一輪復習的機會攻破實驗復習的薄弱環節，能做的實驗自己一定要動手去做，真正進實驗室！

真題4（2013安徽高考）為了精確測量合金絲的電阻R???x，設計出如圖6所示的實驗電路圖，按照該電路圖完成圖7中的實物電路連接。

圖6 圖7

真題5（2013海南高考）某同學將量程為200μA、

內阻為500Ω的表頭改裝成量程為1mA和10mA的雙量程電流表，設計電路如圖8所示。定值電阻R1=500Ω，R2和R3的值待定，S為單刀雙擲開關，A、B為接線柱。回答下列問題：

圖8 圖9

（1）按圖8在圖9中將實物連線；

（2）表筆a的顏色為 色（填“紅”或“黑”）；

（3）將開關S置于“1”擋時，量程為 mA；

（4）定值電阻的阻值R2= Ω，R3= Ω；（結果取3位有效數字）

（5）利用改裝的電流表進行某次測量時，S置于“2”擋，表頭指示如圖10所示，則所測量電流的值為 mA。

圖10

實物圖連線常見錯誤：（1）沒有嚴格按原理圖接線或連線不到位；（2）未能把連線接到儀器的接線柱上，而是接在“+”“-”符號上，或多用電表的插孔上，或電阻箱旋鈕上等；（3）電流表、多用表極性接反等；（4）不懂多用電表擋位或擋位選錯，有的因擋位選錯而導致讀數錯誤。

3.關注實驗中的圖象問題

物理圖象的考查是近年高考的熱點，尤其是用圖象處理物理實驗數據或從圖象中獲取相關實驗數據和實驗結論，是高考非常關注的重點。歷年物理高考實驗試題中幾乎都有涉及物理圖象問題，而且還作為試題的難點之一，賦分較高。

真題6 （2013安徽高考）根據閉合電路歐姆定律，用圖11所示電路可以測定電池的電動勢和內電阻。圖中R?0是定值電阻，通過改變R的阻值，測出R?0兩端的對應電壓U12，對所得的實驗數據進行處理，就可以實現測量目的。根據實驗數據在

-R坐標系中描出坐標點，如圖12所示。已知R?0=150Ω，請完成以下數據分析和處理。

（1）圖12中電阻為 Ω的數據點應剔除；

（2）在坐標紙上畫出-R關系圖線；

（3）圖線的斜率是 （V-1·Ω-1），由此可得電池電動勢En= V。

圖11 圖12

真題7（2013廣東高考）圖13是測量電阻Rx的原理圖。學生電源輸出電壓可調，電流表量程選0.6A（內阻不計），標有長度刻度的均勻電阻絲ab的總長為30.0cm。

圖13

（1）根據原理圖連接圖14的實物圖。

（2）斷開S2，合上S1；調節電源輸出電壓為3.0V時，單位長度電阻絲的電壓U= V/cm，記錄此時電流表A1的示數。

圖14

（3）保持S1閉合，合上S2；滑動c點改變ac的長度L，同時調節電源輸出電壓，使電流表A1的示數與步驟②記錄的值相同，記錄長度L和A2的示數I。測量6組L和I值，測量數據已在圖15中標出，寫出Rx與L、I、U的關系式Rx= ；根據圖15用作圖法算出Rx= Ω。

圖15

總結：利用相關物理規律，導出與實驗中所測得的物理量有關的一次函數關系式，建立平面直角坐標系，依據所測數據描點連線，繪出線性圖象，利用圖象的截距、斜率可求得實驗要測的物理量。在處理圖象問題時要注意軸、線、點、截距、面積、斜率等幾個方面的問題。關鍵是要列出對應的關系式，找出對應斜率及截距。

4.注重實驗復習框架的建立，進行實驗分類

在《考試大綱》規定的11個必考實驗中，涉及電路的實驗有5個，它們分別是測定金屬的電阻率（同時練習使用螺旋測微器）、描繪小電珠的伏安特性曲線、測定電源的電動勢和內電阻、練習使用多用電表、傳感器的簡單使用。這些實驗在實驗原理、實驗器材、實驗方法、實驗技能和實驗思想等方面具有內在的統一性。這其中，測定金屬的電阻率、測定電源的電動勢和內阻、描繪小電珠的伏安特性曲線等電學實驗，其共同實質就是電阻的測量。因此復習電學實驗，可以圍繞“電阻測量及電路”進行復習，以控制電路、測量電路、儀表的選擇和讀數展開。

以下是對電阻測量方法的一些歸類，若能對這些方法熟練掌握，在涉及設計性實驗時就會得心應手，事半功倍！

（1）歐姆表測量：最直接測電阻的儀表。但是一般用歐姆表測量只能進行粗測，為下一步的測量提供一個參考依據。用歐姆表可以測量白熾燈泡的冷電阻。

（2）替代法：替代法的測量思路是等效的思想，可以是利用電流等效，也可以是利用電壓等效。替代法測量電阻精度高，不需要計算，方法簡單，但必須有可調的標準電阻（一般給定的儀器中要有電阻箱）。

替代法是用與被測量的某一物理性質等效，從而加以替代的方法。如圖16所示。先把雙刀雙擲開關S2扳到1，閉合S1，調整滑動變阻器，使電流表指針指到某一位置，記下此時的示數I（最好為一整數）。再把開關S2扳到2，調整電阻箱R0，使得電流表指針仍指到示數I。讀出此時電阻箱的阻值r，則未知電阻Rx的阻值等于r。說明：①在此實驗中的等效性表現在開關換位后電流表的示數相同，即當電阻箱的阻值為r時，對電路的阻礙作用與未知電阻等效，所以未知電阻Rx的阻值等于r。②替代法是一種簡捷而準確度很高的測量電阻的方法，此方法沒有系統誤差，只要電阻箱和電流表的精度足夠高，測量誤差就可以忽略。

圖16

（3）伏安法：伏安法的測量依據是歐姆定律（包括部分電路歐姆定律和全電路歐姆定律），需要的基本測量儀器是電壓表和電流表。當只有一個電表時，可以用標準電阻（電阻箱或給一個定值電阻）代替；當電表的內阻已知時，根據歐姆定律I=U/RV，電壓表同時可以當電流表使用，同樣根據U=IRA，電流表也可以當電壓表用。

（4）比例法：如果有可以作為標準的已知電阻的電表，可以采用比例法測未知電表的電阻。用比例法測電表內阻時，兩個電流表一般是并聯（據并聯分流原理），兩個電壓表一般是串聯（據串聯分壓原理）。所謂“比例法”是：要測量某一物體的某一物理量，可以把它與已知準確數值的標準物體進行比較。例如，使用天平稱量物體的質量，就是把被測物體與砝碼進行比較，砝碼就是質量數準確的標準物體。天平的結構是等臂杠桿，因此當天平平衡時，被測物體的質量與標準物體的質量是相等的，這就省去了進一步的計算。有很多情況下，被測物體與標準物體的同一物理量間的關系并不是相等，而是在滿足一定條件下成某種比例的關系，這種方法又稱為“比例法”。

例如，測電流表和電壓表的內阻，如果有可以作為標準的已知電阻的電表，都可以使用比例法。采用比例法測電阻的依據是：串聯電路電壓與電阻成正比，并聯電路電流與電阻成反比。電壓表可顯示電阻兩端的電壓值，電流表可顯示電阻中通過的電流，所以測電流表內阻應把兩電流表并聯，測電壓表內阻應把兩電壓表串聯，電路圖分別如圖17（甲）（乙）所示。

甲 乙

圖17

測電流表內阻時，應調節滑動變阻器R01，使兩電流表的指針都有較大偏轉，記錄下兩電表的示數I1和I2，根據并聯電路分流原理，若已知電流表A1的內阻為r1，則電流表A2的內阻r2=r1。測電壓表內

阻時，應調節滑動變阻器R02，使兩電壓表的指針都有較大偏轉，記錄下兩電表的示數U1和U2，根據串聯電路分壓原理，若已知電壓表V1的內阻r1，則電流表V2的內阻r2=r1。以上例子中，甲圖采用限流電

路而乙圖采用分壓電路，這是由于電流表內阻都較小，若采用分壓電路，則滑動變阻器的阻值必須更小，這時電路近似于短路，是不允許的；而電壓表內阻都很大，若采用限流電路，則滑動變阻器的電阻必須更大，這在實際上行不通。

（5）半偏法：

半偏法是上面比例法的一個特例，測電流表內阻和測電壓表內阻都可以用半偏法，電路圖如圖18所示。甲圖實驗時先斷開開關S′，閉合S，調整滑動變阻器R01（限流法連接），使電流表A滿度（即指針指滿刻度處）；再閉合S′，調整電阻箱R1，使電流表A的指針恰好指到半滿度處，讀出此時電阻箱的阻值R，則電流表A的電阻rA=R（測量結果偏小）；乙圖實驗時先閉合開關S′及S，調整滑動變阻器R02（分壓法連接），使電壓表V滿度；再斷開S′，調整電阻箱R2，使電壓表V的指針恰好指到半滿度處，讀出此時電阻箱的阻值R，則電壓表V的電阻rV=R（測量結果偏大）。

甲 乙

圖18

同學們實際電學實驗也并沒有想象中的那么難，只要我們用心去體會一定會收到事半功倍的效果！

參考答案

真題1： 5.01 5.315

真題2：×10 歐姆調零 70 解析：用多用表測量該元件的電阻，選用“×100”倍率的電阻擋測量，發現多用表指針偏轉過大，說明電阻較小，因此需選擇×10倍率的電阻擋，并歐姆調零后再進行測量，多用表的示數如圖所示，測量結果為70Ω。

真題3：（1） 由于Rg和RP并聯，由IgRg=IRRP和

I=Ig+IR得：RP===。

（2） 由圖5知流過電流表的電流I′為49.5mA；設此時流過表頭的電流為Ig′，流過RP的電流為IR′， ∵加在表頭和RP上的電壓相等，故有Ig′Rg=IR′RP…①

I′=Ig′+IR′…②，聯立得：

IR′=49.005mA≈49.0mA。

真題4：如圖所示。

真題5：（1）如圖所示 （2）黑 （3）10 （4）225，250 （5）0.780 （0.78同樣給分）

真題6：（1）80.00 （2）如圖所示 （3）0.00444 1.50

真題7：（1）如圖所示 （2）0.1 （3） 6.0