小議高中物理電學實驗綜合設計

徐修文

【摘要】電學實驗題在歷年高考中出現的頻率極高，而高考對電學實驗設計的考察，往往是將多個電學實驗進行綜合，考察的是學生對各個實驗的綜合運用能力，故其難度和靈活度比較大。本文認為電學實驗綜合設計題大體可分為兩大綜合：一是以測電源電動勢和內阻實驗為主線，穿插電流表和電壓表改裝和伏安特性曲線實驗知識；更重要的是另一根主線：描繪伏安特性曲線測電阻或電阻率，穿插電流表和滑動變阻器接法以及多用表的使用和游標卡尺和螺旋測微器讀數的知識。本文就如何設計電學實驗以及綜合運用電學實驗基礎談談本人的見解。

【關鍵詞】電學實驗 綜合設計 主線 輔線

俗語“得理綜者得天下”。而從歷年高考和親身教學經驗來看，高考理綜電學實驗題往往是幾個電學實驗的綜合運用設計，難度和靈活度較高。物理電學實驗設計題的得分率不高，學生也反應解物理電學實驗設計題很費時，而且對自己解答的結果很疑惑！這嚴重影響了考生的情緒和信心，對后面綜合大題的正常發揮不利。為加強考生實驗題設計能力，打牢考生電學實驗設計基礎是關鍵，把握實驗設計思路和步驟是主線，培養考生良好的設計實驗習慣和能力是長遠目標。本文認為電學實驗綜合設計題大體可分為兩大綜合：一是以測電源電動勢和內阻實驗為主線，穿插電流表和電壓表改裝和伏安特性曲線實驗知識；更重要的是另一根主線：描繪伏安特性曲線測電阻或電阻率，穿插電流表和滑動變阻器接法以及多用表的使用和游標卡尺和螺旋測微器讀數的知識。以下將具體闡述高中物理電學實驗中的主線和輔線，以及它們對電學實驗綜合設計的作用。

一、背景分析

知己知彼才能百戰不殆，那么先來回味下高中各個電學實驗。

（一）教材分析

高中物理電學實驗目錄：（詳見高中物理選修3—1第二章）

①繪小燈泡的伏安特性曲線：②電流表和電壓表的改裝：③測定電源電動勢和內阻：④測定金屬電阻和電阻率：⑤示波器的使用：⑥用多用電表探索黑箱內的電學元件⑦傳感器

（二）考情分析

高考作為電學實驗主線的有兩條：①測定電源電動勢E和內阻r ②描繪伏安特性曲線測電阻或電阻率。

作為輔助實驗知識的有：

電流表和電壓表的改裝多用表的讀數及使用，電流表內接和外接 滑動變阻器限流分壓接法游標卡尺螺旋測微器的讀數。（對于半偏法測電阻只做介紹，了解其設計思路，人教版高中物理選修3—1教材已將該內容刪除。）

二、實施綱要

對于如何做好電學綜合實驗題，可從以下兩方面具體著手：

（一）把握好主線靈活變通

本文考情分析中提到的高考電學實驗的兩條主線：測定電源電動勢E和內阻r、描繪伏安特性曲線測電阻或電阻率，是解決電學實驗設計題的關鍵，電學實驗的電路圖和實驗原理也是根據這兩條主線衍生而來！

第一大類主線：測電源E和r

實驗目的：①掌握測定電池E和r的原理和實驗方法。②學習用圖象法處理實驗數據。

實驗原理：閉合電路歐姆定律：E=U+Ir（U是路段電壓，I是干路電流）

實驗電路圖1（源于人教版教材圖）

圖1

當然高考是選拔性考試，電學實驗的電路圖肯定有所變通，但基本設計思想

是源于教材上的電路圖，所以把握好教材提供的電路圖和實驗原理是基礎，具體應用要按題目要求改裝設計。

第二大類主線：描繪伏安特性曲線測電阻或電阻率

實驗目的：①描繪小燈泡的伏安特性曲線.②分析曲線的變化規律。

實驗原理：歐姆定律U=IR 做伏安特性曲線（如果測電阻率ρ=RS/l）

教材所提供的實驗電路圖，如圖2：

圖2

這條主線變化的形式比較多，可以用來測小燈泡電阻和其他形式的電阻阻值，也可用來間接測電阻率。并且這條主線涉及到的輔助實驗知識比較多，如電流表內外接法，滑動變阻器分壓、分流接法，可能還會設計到電流表電壓表的改裝。對于測電阻率ρ，還會用到游標卡尺和螺旋測微器的使用讀數知識。

（二）夯實實驗基礎知識，以靜制動

平時的測驗中發現，很多學生知道電學實驗主線的選擇，但是得分率卻失分低。仔細分析發現這些學生的實驗基礎薄弱，滑動變阻器分壓、分流接法不分，電流表內外接法不分，并且實驗總結處理能力不強，所以打牢學生的實驗基礎知識尤為重要。下面本文將例舉電學實驗綜合中，幾點重要的實驗基礎知識，本文把它們稱為輔助兩條主線的基本輔助知識。基本輔助知識一：電流表內外接法的選擇

測量未知電阻的原理是R= ，由于測量所需的電表實際上是非理想的，所以在測量未知電阻兩端電壓U和通過的電流I時，必然存在誤差，即系統誤差，要在實際測量中有效地減少這種由于電表測量所引起的系統誤差，必須依照以下原則：

（1）若 > ，一般選電流表的內接法。如圖（a）所示。由于該電路中，電壓表的讀數U表示被測電阻Rx與電流表A串聯后的總電壓，電流表的讀數I表示通過本身和Rx的電流，所以使用該電路所測電阻R測= =Rx+RA，比真實值Rx大了RA，相對誤差a=

（2）若 < ，一般選電流表外接法。如圖（b）所示。由于該電路中電壓表的讀數U表示Rx兩端電壓，電流表的讀數I表示通過Rx與RV并聯電路的總電流，所以使用該電流所測電阻

R測= 也比真實值Rx略小些，相對誤差a= .

基本輔助知識二：滑動變阻器分壓與限流接法的選擇

在沒有特殊指明的情況下，從減小電能損耗和接線方便的角度考慮，變阻器通常選用限流接法，但在出現下述情況時，則必須選擇分壓接法。

（1）若采用限流電路時，如果電路中的最小電流大于等于被測電阻Rx的額定電流或所給電表的量程時，必須選用分壓電路；

（2）滑動變阻器全阻值R遠小于或者遠大于被測電阻Rx或電路中串聯的其他電阻的阻值，而實驗要求電壓變化范圍較大（或要求測量多組數據）時，必須采用分壓電路；

（3）實驗中要求電壓從零開始并連續變化時須采用分壓電路；

綜上所述，對于理綜電學實驗綜合設計，首先要把握好主線，選擇好控制電路滑動變阻器的接法：主線一測電源電動勢和內阻采用限流接法，主線二描繪伏安特性曲線測電阻或電阻率，大多采用分壓接法，具體選擇參考本文的輔線二。

【參考文獻】

[1]高中物理選修3-1教科書。