例析高考電學(xué)實驗題，歸納電學(xué)實驗創(chuàng)新點

張立泰

摘 要：近幾年高考對電學(xué)實驗的考查有了較高的要求，實驗考查注重從知識到能力的遷移，試題在原有的五個基本實驗基礎(chǔ)上，在研究對象、實驗原理和實驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計處理等方面進行了創(chuàng)新，試題創(chuàng)新點頻頻出現(xiàn)，這對考查學(xué)生的能力和推進新課程的改革很有幫助。只要考生認真分析，找出試題的創(chuàng)新點，應(yīng)用所學(xué)的知識進行解答，定能“滿分”而歸，文章根據(jù)兩道電學(xué)實驗試題，歸納電學(xué)實驗的創(chuàng)新點，對創(chuàng)新點進行思考、分析、遷移和拓展，找出解決問題的辦法。

關(guān)鍵詞：創(chuàng)新點;研究對象;實驗原理;電學(xué)實驗

一、引言

筆者通過對近幾年電學(xué)實驗高考試題的分析，發(fā)現(xiàn)電學(xué)試題難點形成的原因主要是學(xué)生對解答創(chuàng)新實驗缺乏平時對實驗思想方法（如模擬法、控制變量法、半偏法、轉(zhuǎn)換法、放大法、比較法、替代法等）進行歸納和總結(jié)，面對電學(xué)實驗創(chuàng)新題，找不到切入點，找不到實驗設(shè)計原理和可行的解決問題辦法。造成這種問題的原因主要是其對基本實驗理解得不透徹，應(yīng)用不靈活，缺乏對掌握知識的遷移能力和創(chuàng)新意識。下面通過筆者對例題的分析，歸納出創(chuàng)新實驗的創(chuàng)新點，通過分析，領(lǐng)悟解決創(chuàng)新電學(xué)實驗的精髓，總結(jié)解決電學(xué)實驗的方法，達到解決電學(xué)實驗問題的目的。

例題1：某多用電表內(nèi)歐姆擋“×1”的內(nèi)部電路圖（如圖甲的虛線框所示）。一學(xué)習(xí)小組將電阻箱和電壓表并聯(lián)后接到多用電表兩表筆A、B上，采用圖甲的電路測量多用電表歐姆擋“×1”正常工作時的內(nèi)阻RΩ和其內(nèi)部電池的電動勢E（電壓表的內(nèi)阻很大，它在該電路中的分流作用可以忽略），實驗操作步驟如下：

（1）先調(diào)整“指針定位螺絲”，再將選擇開關(guān)轉(zhuǎn)至歐姆擋“×1”，紅黑表筆短接，調(diào)節(jié)“歐姆調(diào)零旋鈕”使指針指在表盤___（填“左”或“右”）側(cè)零刻度處。

（2）電阻箱和電壓表并聯(lián)后的兩端分別接在表筆A和B上，正確的接法是：電壓表的正接線柱要接在多用電表的表筆___（填“A”或“B”）上。

（3）改變電阻箱的阻值，得出多組電壓表和電阻箱的示數(shù)U、R，并將對應(yīng)的和的值計算出來并記錄在表格中，再畫出-（圖像如圖乙所示），若圖乙中圖線的斜率為k1、與縱軸的截距為b1，則所測內(nèi)部電池的電動勢E=____，歐姆擋“×1”正常工作時的內(nèi)阻RΩ=____。（用k1、b1表示）

（4）一位同學(xué)提出了數(shù)據(jù)處理的另一種思路：先計算出，然后畫U-（圖像如圖丙所示）。由圖丙得到圖線斜率為k2、與縱軸的截距為b2，則電池的電動勢E=? ? ? ?，歐姆擋“×1”正常工作時的內(nèi)阻RΩ=? ? ? ? 。（用k2、b2表示）

【答案】右;B; ;? b2; -k2

【解析】（1）歐姆表的0刻度線在表盤最右側(cè)，因此進行歐姆調(diào)零時應(yīng)將紅黑表筆短接調(diào)解歐姆調(diào)零電阻，使指針調(diào)到右側(cè)零刻度線處;（2）根據(jù)電壓表的接法，電流應(yīng)該從電壓表的正接線柱流入，負接線柱流出，由圖甲可知，表筆B接的是電源的正極，因此電壓表的正極應(yīng)該接表筆B處;（3）根據(jù)閉合電路歐姆定律有E=U+IRΩ=U+RΩ，得=+·，由圖乙可知，圖線截距b1=，斜率k1=，即E=，RΩ=;（4） 根據(jù)E=U+IRΩ=U+RΩ等效變換U=E-RΩ，圖丙中圖線截距b2=E，斜率k1=-RΩ，故RΩ=-k2。

【考查目的】考查用伏阻法測電源電動勢和歐姆表內(nèi)阻、歐姆調(diào)零、電壓表連接、實驗數(shù)據(jù)分析處理。

【實驗創(chuàng)新】此實驗對測電池電動勢和內(nèi)阻實驗進行了三方面的創(chuàng)新：一是實驗研究對象發(fā)生了變化，測電池和其他原件連接等效電源電動勢和內(nèi)阻;二是實驗原理發(fā)生了變化，由常規(guī)的伏安法測電動勢和內(nèi)阻改換成伏阻法;三是實驗數(shù)據(jù)處理用兩種方法，在實驗數(shù)據(jù)處理上進行了創(chuàng)新。

例題2：（2016·天津卷）某同學(xué)想要描繪標有“3.8 V，0.3 A”字樣小燈泡L的伏安特性曲線，要求測量數(shù)據(jù)盡量精確，繪制曲線完整，可供該同學(xué)選用的器材除了開關(guān)、導(dǎo)線外，還有：電壓表V1（量程0～3 V，內(nèi)阻等于3 kΩ）;電壓表V2（量程0～15 V，內(nèi)阻等于15 kΩ）;電流表A1（量程0～200 mA，內(nèi)阻等于10 Ω）;電流表A2（量程0～3 A，內(nèi)阻等于0.1 Ω）;滑動變阻器R1（0～10 Ω，額定電流2 A）;滑動變阻器R2（0～1 kΩ，額定電流0.5 A）;定值電阻R3（阻值等于1 Ω）;定值電阻R4（阻值等于10 Ω）;定值電阻R5（阻值等于1 kΩ）;電源E（E=6 V，內(nèi)阻不計）

①請畫出實驗電路圖，并將各元件字母代碼標在該元件的符號旁。②該同學(xué)描繪出的I–U圖像應(yīng)是下圖（如圖3）中的______。

【答案】①電路如圖2? ②B

【解析】①電壓表V2和電流表A2量程太大，電壓表V1和電流表A1量程偏小，根據(jù)題中所給條件和要求，可以對電壓表V1和電流表A1進行改裝，電壓表V1與定值電阻R5串聯(lián)，改裝成量程為4V的電壓表;電流表A1與定值電阻R4并聯(lián)改裝為量程為0.4A的電流表;因為小燈泡的阻值較小，故電流表采用外接法;要繪制完整的曲線，滑動變阻器應(yīng)采用分壓接法，要選擇總阻值小的R1電阻，電路如圖2。 ②因為小燈泡燈絲的電阻隨溫度升高而增大，所以該同學(xué)描繪出的I-U圖線應(yīng)該是B.

【考查目的】探究小燈泡的伏安特性曲線實驗、電表改裝、器材選取、電路設(shè)計。

【實驗創(chuàng)新】例題考查描繪小燈泡的伏安特性曲線的實驗;題中難點是所給的電表量程都不適合，題中的創(chuàng)新點是對電流表和電壓表按需要進行改裝，還考查了電表的改裝方法;其他部分基本和課本的基本實驗一樣。

通過對近幾年高考電學(xué)題的分析和上面例題的分析，實驗創(chuàng)新題主要在以下四方面進行創(chuàng)新：

二、對實驗研究對象進行創(chuàng)新

在高中電學(xué)實驗中測量的物理量基本上就書中的幾種，但可以測不同的研究對象的物理量。解決辦法可以模擬書中基本實驗測量方法，達到實驗?zāi)康摹?/p>

常見創(chuàng)新問題歸納如下：

一是對課本中基本實驗描繪小燈泡伏安特性曲線進行創(chuàng)新：把研究對象改換成二極管、熱敏電阻、電動機、光電池、電池等電學(xué)原件的伏安特性曲線。

二是對課本基本實驗測電池電動勢和內(nèi)阻進行創(chuàng)新：把研究對象改換成水果電池、光電池、含其他原件等效電源（如例題中歐姆表內(nèi)電池電動勢和歐姆表內(nèi)阻）電動勢和內(nèi)阻。

三是對課本中基本實驗伏安法測金屬電阻率進行創(chuàng)新：把研究對象改換成多匝線圈的長度、金屬板的厚度、圓管內(nèi)徑等物理量。

三、對實驗原理進行創(chuàng)新

在給定實驗?zāi)康牡那闆r下，實驗創(chuàng)新題體現(xiàn)在電路的結(jié)構(gòu)和實驗原理上變化，不論哪種解決辦法，都依據(jù)歐姆定律進行解答，考查學(xué)生的知識遷移能力。

一方面，對課本中基本實驗測電池電動勢和內(nèi)阻實驗進行創(chuàng)新：可以用多用電表、伏阻法、安阻法、伏伏法、安安法等方法進行測量。

另一方面，對課本中基本實驗伏安法測電阻進行創(chuàng)新：測各種原件的電阻可以用安安法、伏伏法、比較法、替代法、轉(zhuǎn)換法、半偏法等方法進行。

四、對實驗測量數(shù)據(jù)統(tǒng)計處理進行創(chuàng)新

實驗中測量得到的數(shù)據(jù)，處理方法不同雖然能得出測量結(jié)果，但精度可能不同，所以實驗經(jīng)常考查實驗數(shù)據(jù)的處理。解決辦法是應(yīng)用所學(xué)的知識尋找待測量之間的函數(shù)關(guān)系，明確各物理量間的變化規(guī)律，進而求出待測量。

例如，在用伏阻法和安阻法測電源電動勢和內(nèi)阻實驗中，可用解析法，也可用圖像法（圖像法橫坐標和縱坐標可以用不同量）。

再如，用半偏法測電流計內(nèi)阻、測電壓表內(nèi)阻時，處理數(shù)據(jù)可以用半偏法，可以用比較法，也可以用圖像法。

五、對提高測量結(jié)果精確性、保證測量安全性進行創(chuàng)新

在電學(xué)實驗中，經(jīng)常考查設(shè)計實驗的“安全性原則”和“精確性原則”，這類題離不開儀器的選擇、電路連接和設(shè)計。根據(jù)題中已知儀器的參量和要求進行創(chuàng)新，解決辦法是注重基本實驗技能的訓(xùn)練，分析細節(jié)，優(yōu)化實驗設(shè)計，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造思維能力。

例如，根據(jù)題中的已知條件和實驗具體要求，對題中給的電表進行改裝，達到測量要求再接入電路進行測量;在電路中串聯(lián)或并聯(lián)一個電阻對電路中的電源、電表等電學(xué)器件進行保護;為了提高測量精度，要對測量數(shù)據(jù)進行放大或縮小，要在電路中串聯(lián)或并聯(lián)一個電阻。

六、結(jié)語

從上面兩個例題的分析、解答、歸納和總結(jié)提升來看，電學(xué)實驗創(chuàng)新題都是設(shè)置了新的情境，在實驗原理、方法理解、分析過程、儀器使用、數(shù)據(jù)處理、誤差分析等方面進行考查，考查內(nèi)容在原有的基礎(chǔ)實驗的基礎(chǔ)上進行了創(chuàng)新，目的是考查學(xué)生運用已學(xué)的知識處理新情境問題的遷移能力。只有找出實驗試題的創(chuàng)新點，才能找到正確結(jié)題的切入點，抓住解題規(guī)律，才會事半功倍。

參考文獻：

[1]蒲永松.電學(xué)設(shè)計性實驗思路分析與研究[J].數(shù)理化學(xué)習(xí)（高中版），2017（7）：42-43.

[2]崔 瑤.2007—2016年高考全國卷物理電學(xué)實驗試題研究[D].重慶：重慶師范大學(xué)，2017.