解答高考電學實驗題的幾個有效途徑

葉孫華

摘 要：在高考試卷中，電學實驗題幾乎年年有。電學實驗題對學生的實驗探究能力、科學思維、綜合分析能力有很好的考查效果。本文從電學實驗得分率低的原因分析和電學實驗題的有效解決兩個方面表達理解和認識，提出解決電學實驗題的觀點。

關鍵詞：高考；電學實驗題；有效解決

眾所周知，在高考中，電學實驗題幾乎年年出現，電學實驗題目總是標新立異，對學生能力考查起到很好的效果。但如何有效的應對在考中出現的電學實驗問題，成為擺在每位考生面前的難關。面對千變萬化的電學實驗題目，我們老師也應該理順思路，幫助學生找到一條有效的解決途徑，以不變應萬變。

1 高考中電學實驗題得分率低的原因分析

從高考試卷得分情況統計數據以及日常教學過程中的各種測試中發現，電學實驗題目失誤率很高、得分率很低。在學生眼中，電學實驗題目不愧為試卷的壓軸題之一，甚至部分學生不加復習，選擇放棄。那么，造成得分率低的原因是什么呢？

首先，與電學實驗題本身難度大有關系。難度大就是體現在思維量大，要考慮的方方面面比較多，一道復雜的電學實驗題目的思維量不亞于一道計算題，它包括：器材的選擇，方法的選擇，誤差的減小，數據的處理等等。因此，電學實驗題對學生的科學思維、科學探究能力要求是很高的，同時要求學生有較高的分析推理能力、綜合運用能力以及數學計算能力[ 1 ]。

其次，與實驗素養有關系。實驗本身也是一門科學，有它自身的特點，獨特的地方，實驗要求善于觀察、善于操作、要有一些優良的心理品質，比如細心、耐心、嚴謹、規范等，要尊重事實，尊重實驗誤差。以上素養都是我們必須在學生身上形成的素質，高中階段由于條件限制，學生在實驗方面并沒有得到很好的教育，特別是在一些農村學校。學生在實驗室并沒有很好的完成任務，操作不規范，實驗過程不了解，比如說對電表的使用，不注重電表量程的選擇，讀數也不進行估讀，缺乏對減小實驗誤差的意識。這些素養、意識、能力的缺乏必將影響到高考中對電學實驗題目的正確解答。

另外，應該與題型有關系。實驗題基本以填空題的方式出現，填空題要求最終答案，體現不了解題的過程，也就是說，做對百分之九十與完全不會做從得分情況來說是一樣的。填空題與選擇題又不一樣，選擇題已經給出答案，只是把正確答案選出來即可，這樣選擇題實際上難度比填空題小很多。所以，做填空題最怕粗心，比如說有效數字位數搞錯。

以上三點，筆者認為是造成電學實驗題得分率低的主要原因。因此，找到了原因之后，作為我們教師就應該對癥下藥，幫助學生找到一條行之有效的解決途徑，突破高考中電學實驗題的難關。

2 電學實驗題的有效解答途徑

針對以上原因，我們必須采取相應措施。對于題型方面的原因，應該培養學生細心的品質、較高的計算能力，減少因粗心帶來的失誤。對于實驗素養方面的原因，在日常教學中，應該注重學生實驗意識的培養，養成好的實驗習慣，老師更要以身作則，做好實驗，規范操作，起表率作用。對于實驗題自身難方面的原因，我們應該重點去分析、解決、克服，我們應該摸索出它的特點，找到規律，掌握它的“設計規則”，以下從多個方面來加以闡述。

（1）電路的組成部分

一個閉合電路可以劃分為以下三部分：電源、控制電路、調節電路。日常教學中，應引導學生從這三個方面去思考。

在高中階段，分析電源時主要考慮兩個方面：電動勢、內阻。在半偏法測電阻中，電源應選電動勢適當大的，這樣才能讓半偏法成立的條件落到實處；在測電源電動勢和內阻實驗中，若電源內阻較大，應采用內接法。

控制電路，也叫調節電路，它的作用有兩點：一是保護電路；二是讓電路可處于多種狀態，電表可測得多組數據，從而達到多次測量減少偶然誤差的目的。控制電路一般選用滑動變阻器來實現，常見的有兩種接法：限流式接法和分壓式接法。首先應該讓學生認識和理解兩種電路結構、調節功能、優缺點，然后合理選用。把握以下關鍵點：①分壓電路更有“安全感”，（因為電壓可以從零開始連續調節）；②比較待測電阻的阻值與滑動變阻器的總阻值。

測量電路，是整個電路設計中最核心的部分，也是最難的一塊，方法多種多樣，不拘一格。首先應該掌握一些常用的模型或者說是套路，例如：伏安法測電阻（有內、外接之別）、半偏法、替代法等等，方法太多，所以無法一一讓學生去識記，應該通過這些有限的模型或套路，讓學生真正領悟電學實驗的思想要領。有篇文章就專門介紹高考中常用的電阻測量方法，一說就說了七種方法，可謂多矣！包括：伏安法、伏伏法、安安法、伏阻法、安阻法、替代法、半偏法 [ 2 ]。學生不搞暈了才怪，應該總結出一點規律來，把握共性。

（2）電路所遵循的物理規律

高中階段電路所遵循的物理規律是比較簡潔的，包括：兩個歐姆定律，以及串聯、并聯電路的規律。解決物理中的一切問題，當然需要用到物理規律，電路設計問題也不例外，首先必須把電學規律搞清楚。

電學實驗原理，就是用到了以上說的某條規律，結合具體情況把方程列出來。下面舉幾個例子加以說明：測量電源的電動勢和內阻，不管用什么方法，都要用到閉合回路的歐姆定律；伏安法測電阻的依據就是歐姆定律，在誤差分析時，用的就是串、并聯電路的規律；半偏法測電阻，用的也是串、并聯電路的規律，用到了以下思想：串聯電路的總電阻取決于大電阻，并聯電路的總電阻取決小電阻，這才是根本，至于半偏不半偏并不重要。

簡言之，利用物理規律把原理式列出來。

（3）換個視角認識電表

高中階段用到的電表主要包括：安培表、伏特表、歐姆表。歐姆表比較特殊，內部含有電源，依據是閉合回路歐姆定律，粗測電阻時用到它；對于安培表和伏特表，我們可以換個視角來認識它們。

首先，它們也是一個電阻，理想安培表的內阻為零，理想伏特表的內阻為無窮大，作為實驗，我們應該尊重誤差，所以一般不能把它們當作理想化來處理；其次，它們是一個具備“功能”的電阻，安培表的“功能”是能測流過自身的電流，伏特表的“功能”是能測加在自身兩端的電壓。從這個角度上去看，如何接電表，應根據我們的需要、目的而定，如果要測量待測電阻的電流，就把安培表與之串聯，因為串聯電路電流處處相等；如果要測量待測電阻的電壓，就把伏特表與之并聯，因為并聯電路兩端電壓相等。可見，電表怎么接都有可能，因為它們本身也是電阻，只要你的接法能達到安全、準確的目的。換個角度認識電表，會覺得一切更加自然了，思路也打開了。

（4）電學實驗的“設計規則”

在電學問題中，設計電路是最難的題型之一。有的學生在設計電路時，根本搞不懂自己要做什么，胡亂設計，結果自然是答非所問。通過以上闡述，我們應該具備了解決電學實驗問題的理論依據、方法論等方面的準備條件。接下來，就是要談怎么樣用好這些理論、方法了，要達到什么樣的一個目的。對于一個合理的電路設計，必須做到：安全、可測、精確、方便。這里，關鍵要做到的就是精確，這就要求在測量中電表要盡量偏轉得大些，以減小相對誤差，多數題目有指出至少半偏以上。所以，我們設計的電路要達到的效果是：讓電表盡量偏轉得大一些；如果有多個電表同時接入電路，要求每個電表都要盡量同步偏轉得大一些。這就是我們的“設計規則”。特別是，多個表同時接入電路，不能出現一個表接近滿偏，另一個表偏得很少的情況；也不能出現一個表偏多，另一個表又超過量程的情況。

這個“設計規則”很重要，在教學中，必須強調，否則學生會搞不懂電路設計是做什么。“設計規則”就是告訴你電路設計這個設計必須怎么做。

（5）幾點注意事項

細節決定成敗，在電路設計的試題中，應該認真審題，看清所給器材的相關參數。除了看清電表的量程之外，還要看電表的內阻是“為幾歐”，還是“約為幾歐”，前者是精確值，可以用于計算的，而后者只是參考數值，只用于估算。一字之差，但是很關鍵，也許是解題的突破口。

選擇器材時，一定要先進行估算，選擇合適量程的電表、選擇合適的滑動變阻器、選擇合適的定值電阻等等。未經計算的選擇是毫無意義的，比如說選電流表，你必須計算得出通過待測電阻的最大電流值，做到在電表安全的前提下盡量讓電流表指針偏多些，遵照我們所謂的“設計規則”。簡言之，讓計算伴隨著器材的選擇和電路的設計。

【例題1】：用以下器材測量待測電阻Rx（約為100 Ω）的阻值：

電源E：電動勢約為6.0V、內阻忽略不計；

電流表1：量程50mA、內阻r1=20Ω；電流表2：量程300 mA、內阻r2約為4Ω；

定值電阻R0：阻值為20Ω； 滑動變阻器R：最大阻值為10Ω；

單刀單擲開關S、導線若干。要求設計出測量電阻Rx的電路圖。

分析：一考慮電源，就選電源E；二考慮控制電路，因滑動變阻器R的最大阻值為10Ω，遠小于待測電阻Rx（約為100Ω）的阻值，故選用分壓式接法；三考慮測量電路，這是最難的環節，常規是用伏安法，但是本題沒有伏特表，應該考慮其它的做法，至于怎么接，關鍵要做到符合我們的“設計規則”。

可能作為測量電路中的元件有：待測電阻Rx、電流表1、電流表2、定值電阻R0，把這四個元件放在一起認真考慮就可以了，不難得出答案。再從兩電流表的量程看，它們不能直接串聯，應把量程大的電流表2應放于干路；另外，也注意到了電流表1的內阻r1=20Ω，這個數值是可以用的。通過以上分析再加上一些計算離正確答案應該就不遠了。正確答案如圖1所示。現在我們檢驗一下所設計出的測量電路是否符合我們的“測試規則”，就是兩電表偏轉情況要同步，做到同步偏得大些。可以令電流表2處于滿偏狀態，估算出電流表1的示數約為43 mA，也接近滿偏，故符合。實際上，電流表2與定值電阻配合起到了伏特表的作用。

在畫電路圖時，應提醒學生把電學元件的代碼標到圖中。若某次測量中電流表A1的示數為I1，電流表A2的示數為I2，則由已知量和測得量表示Rx的表達式為

Rx =-r1。

【例題2】測量一只量程已知的電壓表內阻，器材如下：

待測電壓表（量程3 V，內阻約3 KΩ）； 電流表（量程0.6 A，內阻0.01 Ω）；

定值電阻R0（阻值2 KΩ，額定電流0.5 A）；電源E（電動勢約3 V，內阻不計）；

開關兩只，S1、S2，導線若干。

（1）某同學設計了如圖2（甲）所示的測量電路，在實驗操作時，發現不可行。你認為主要問題是什么？（答案：不可行理由：電流表量程太大，而電路中電流太小，電流表沒有明顯讀數）。換言之，就是不符合我們的“設計規則”。

（2）請從上述所給器材中選用所需器材，幫助該同學設計一個能盡量減小實驗誤差的測量電路，畫出原理圖，要求標明給定器材的符號。用需要測量的物理量和電路中器材已給的物理量，寫出電壓表內阻的計算式。

分析：電阻測量沒有定法，應根據所給器材來設計。本題所供器材中沒有滑動變阻器，那就省去了控制電路；接著考慮測量電路，電流表立馬把它去除，因為它的量程與電壓表“不匹配”，無法符合我們的“設計規則”，在其余元件中就只有待測電壓表、定值電阻R、開關兩只，其中一個開關肯定放干路，控制整個電路，這樣就只剩三個元件來構成測量電路了，應該不難達到答案。注意本題細節：電源內阻不計，兩個開關。正確答案如圖2（乙）所示。檢驗一下：開關S2閉合前后，伏特表都在半偏以上，故可行。

設S2閉合時電壓表示數分別為U1，因為電源內阻不計，故有E=U1，當S2斷開時電壓表示數為U2，則有E=U2+U2R0/Rv，最終可得伏特表內阻的計算式：Rv =R0。

電路設計題目雖然內容豐富多彩，形式千變萬化，但是我們的應對策略是不變的，可以用本文論述的解答途徑去攻克所有的電學實驗試題難關。

參考文獻：

[1]耿玉盛.高三物理電學實驗復習針對性的思考[J].物理教師，2018（5）：84-90.

[2]李啟洪.高考中“測量電阻的常用方法”匯總[J].物理教學，2011（2）：56-60.