例析高考電學實驗題，歸納電學實驗創新點

張立泰

摘 要：近幾年高考對電學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上，在研究對象、實驗原理和實驗數據統計處理等方面進行了創新，試題創新點頻頻出現，這對考查學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，找出試題的創新點，應用所學的知識進行解答，定能“滿分”而歸，文章根據兩道電學實驗試題，歸納電學實驗的創新點，對創新點進行思考、分析、遷移和拓展，找出解決問題的辦法。

關鍵詞：創新點;研究對象;實驗原理;電學實驗

一、引言

筆者通過對近幾年電學實驗高考試題的分析，發現電學試題難點形成的原因主要是學生對解答創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、轉換法、放大法、比較法、替代法等）進行歸納和總結，面對電學實驗創新題，找不到切入點，找不到實驗設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，應用不靈活，缺乏對掌握知識的遷移能力和創新意識。下面通過筆者對例題的分析，歸納出創新實驗的創新點，通過分析，領悟解決創新電學實驗的精髓，總結解決電學實驗的方法，達到解決電學實驗問題的目的。

例題1：某多用電表內歐姆擋“×1”的內部電路圖（如圖甲的虛線框所示）。一學習小組將電阻箱和電壓表并聯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”正常工作時的內阻RΩ和其內部電池的電動勢E（電壓表的內阻很大，它在該電路中的分流作用可以忽略），實驗操作步驟如下：

（1）先調整“指針定位螺絲”，再將選擇開關轉至歐姆擋“×1”，紅黑表筆短接，調節“歐姆調零旋鈕”使指針指在表盤___（填“左”或“右”）側零刻度處。

（2）電阻箱和電壓表并聯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U、R，并將對應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，則所測內部電池的電動勢E=____，歐姆擋“×1”正常工作時的內阻RΩ=____。（用k1、b1表示）

（4）一位同學提出了數據處理的另一種思路：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，因此進行歐姆調零時應將紅黑表筆短接調解歐姆調零電阻，使指針調到右側零刻度線處;（2）根據電壓表的接法，電流應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該接表筆B處;（3）根據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阻、歐姆調零、電壓表連接、實驗數據分析處理。

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

例題2：（2016·天津卷）某同學想要描繪標有“3.8 V，0.3 A”字樣小燈泡L的伏安特性曲線，要求測量數據盡量精確，繪制曲線完整，可供該同學選用的器材除了開關、導線外，還有：電壓表V1（量程0～3 V，內阻等于3 kΩ）;電壓表V2（量程0～15 V，內阻等于15 kΩ）;電流表A1（量程0～200 mA，內阻等于10 Ω）;電流表A2（量程0～3 A，內阻等于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該同學描繪出的I–U圖像應是下圖（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，改裝成量程為4V的電壓表;電流表A1與定值電阻R4并聯改裝為量程為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，所以該同學描繪出的I-U圖線應該是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、電路設計。

【實驗創新】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題的分析和上面例題的分析，實驗創新題主要在以下四方面進行創新：

二、對實驗研究對象進行創新

在高中電學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，達到實驗目的。

常見創新問題歸納如下：

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阻進行創新：把研究對象改換成水果電池、光電池、含其他原件等效電源（如例題中歐姆表內電池電動勢和歐姆表內阻）電動勢和內阻。

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

三、對實驗原理進行創新

在給定實驗目的的情況下，實驗創新題體現在電路的結構和實驗原理上變化，不論哪種解決辦法，都依據歐姆定律進行解答，考查學生的知識遷移能力。

一方面，對課本中基本實驗測電池電動勢和內阻實驗進行創新：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、轉換法、半偏法等方法進行。

四、對實驗測量數據統計處理進行創新

實驗中測量得到的數據，處理方法不同雖然能得出測量結果，但精度可能不同，所以實驗經常考查實驗數據的處理。解決辦法是應用所學的知識尋找待測量之間的函數關系，明確各物理量間的變化規律，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阻、測電壓表內阻時，處理數據可以用半偏法，可以用比較法，也可以用圖像法。

五、對提高測量結果精確性、保證測量安全性進行創新

在電學實驗中，經常考查設計實驗的“安全性原則”和“精確性原則”，這類題離不開儀器的選擇、電路連接和設計。根據題中已知儀器的參量和要求進行創新，解決辦法是注重基本實驗技能的訓練，分析細節，優化實驗設計，培養學生創造思維能力。

例如，根據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;在電路中串聯或并聯一個電阻對電路中的電源、電表等電學器件進行保護;為了提高測量精度，要對測量數據進行放大或縮小，要在電路中串聯或并聯一個電阻。

六、結語

從上面兩個例題的分析、解答、歸納和總結提升來看，電學實驗創新題都是設置了新的情境，在實驗原理、方法理解、分析過程、儀器使用、數據處理、誤差分析等方面進行考查，考查內容在原有的基礎實驗的基礎上進行了創新，目的是考查學生運用已學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新點，才能找到正確結題的切入點，抓住解題規律，才會事半功倍。

參考文獻：

[1]蒲永松.電學設計性實驗思路分析與研究[J].數理化學習（高中版），2017（7）：42-43.

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