喚醒·感悟·升華
——高三電學實驗復習的點滴思考

江蘇

(作者單位：江蘇省泰興中學)

電學實驗歷來都是高考的重點，自然也是高三物理復習的重要內容，而且在復習過程中，以電學實驗為載體，教師還可以進一步提升學生對恒定電流知識的理解，促使學生深度感悟物理研究方法，推動他們思維的升華。

一、以問題群組來喚醒學生對基本知識的記憶

在高三復習中，教師都有這樣的體會，如果只是單純的引導學生對知識進行梳理，學生由于新鮮感缺失而很難提起興趣。在這種情形下，我們要善于以問題群組的形式來給予學生刺激，讓學生不斷從問題分析中喚醒對知識的回憶。我們引導學生復習電學實驗時，不是讓學生記住實驗的基本操作和注意事項，而是讓學生再一次體會隱含在知識中的實驗原理和科學思想，而這顯然是無法在單純的知識回顧中得到的。

問題1：現有一待測電阻R，請根據伏安法設計出實驗電路。

學生在分析上述問題時在以下兩點上存在分歧：(1)電流表應該外接還是內接；(2)滑動變阻器應該接成分壓式還是限流式。學生將上述幾種情形相互搭配，組合出四種電路情形，哪種電路更加合適呢？我們可通過問題引導，讓學生在自主討論中完善答案。

(A)

(B)

(C)

(D)

問題2：電流表的外接和內接分別會產生怎樣的誤差，該如何選擇。

在引導學生復習時，我們要讓學生明確無論哪一種接法，電流表的分壓作用和電壓表的分流作用都是存在的，但是對實驗結果可能造成的影響卻不一樣。學生要在思考和討論中理解。如圖1(A)和(C)所示為電流表的外接法，電壓表的分流導致所測電流偏大；如圖1(B)和(D)為電流表的內接法，電流表的分壓導致所測電壓偏大。在此基礎上，學生在思考中明確該如何進行選擇。

問題3：滑動變阻器的分壓式與限流式各有怎樣的特點，該如何選擇。

如圖1(A)和(B)兩個圖為滑動變阻器的限流式接法，(C)和(D)為分壓式接法。二者的特點首先體現在電路的連接方式上，然后是對電路的調控特點上。畢竟是復習課，因此學生都會聯系到滑動變阻器在“實驗：描繪小燈泡的伏安特性曲線”中的重要作用，即它可以讓研究電路的電壓從零開始連續可調，在數據采集量上更加豐富；如果滑動變阻器的阻值遠小于被測電阻，那就只有分壓式才能對電流實現有效調控，我們可以啟發學生將其類比為“小小秤砣壓千斤”的杠桿模型。當然限流式也有它的優勢，比如線路連接簡單，且在能耗方面也更小等等。這些都可以由學生自主總結出來。

【教學反思】針對上述問題群組的處理，我們不能讓學生局限于在問題的思考和探討中完成知識的回憶，更要創造條件，讓學生在實驗操作中加以體會。雖然復習課的時間很緊張，但是如果我們可以將學生帶到實驗室，讓他們在實驗操作中再一次進行探索與回顧，這將更有助于學生對知識的回憶。

二、以典型例題促使學生對基本方法的感悟

電學實驗本身就是非常講究方法和技巧的物理研究過程，因此圍繞實驗進行復習時，我們要注意學生對基本方法的感悟。教師在選擇復習階段的例題時，務必要關注問題的典型性，要讓學生通過對問題的分析和研究，切實把握其中所蘊含的科學方法。雖然我們不敢奢望學生通過一個問題就能“一法通百法通”，但是依然期盼學生能夠在問題的分析與研究中有所收獲。

【典型例題】為了描繪小燈泡的伏安特性曲線，實驗室所提供的器材如下：

A.待測小燈泡(6 V 500 mA)

B.電流表A(0～0.6 A 內阻約0.5 Ω)

C.電壓表V(0～3 V 內阻5 kΩ)

D.滑動變阻器R1(0～1 kΩ 100 mA)

E.滑動變阻器R2(0～5 Ω 1.5 A)

F.電阻箱R3(0～9 999.9 Ω)

G.直流電源E(約6 V 內阻不計)

H.開關S，導線若干

(1)將電壓表量程擴大為6 V，與它串聯電阻箱的阻值應調為________kΩ。

(2)圖2中畫出了實驗的部分電路，請你補全電路圖；滑動變阻器應選用________(選填“R1”或“R2”。)

圖2

(3)實驗中，變阻器滑動觸頭P在ab間移動時，發現小燈泡兩端的電壓只能在3.5 V～6.0 V之間變化，則電路中出現的故障可能是________。

(4)排除故障后，測量出多組數據以燈泡兩端的電壓U為橫軸，電流表的示數I為縱軸，描點作出小燈泡的伏安特性曲線如圖3所示。若電壓表V內阻的實際阻值大于5 kΩ，則小燈泡實際的伏安特性曲線應在所畫圖線的________(選填“上方”或“下方”)。

圖3

上述問題分別考查學生電表改裝、電路設計、器材選擇、故障排查、誤差分析，知識點覆蓋較為全面，對學生分析方法也有較高的要求，其答案分別是：(1)為了將電壓表的量程擴大為之前的兩倍，則所串聯的電阻應該與原先電壓表的內阻相等，即5 kΩ；(2)補全電路正是補全電表改裝那一部分，同時還涉及內外接的方法，本題中考慮到燈泡電阻相對較小，應選用外接法，此外滑動變阻器應該選擇R2，因為R1的額定電流太小，且電阻太大，也不方便調節；(3)題中的描述應該是變阻器限流式接法的特點，因此可以確認是ac段導線發生斷路；(4)本題的誤差分析在于電表改裝中變阻箱的電阻選小了，處理時可以采用“修正法”，即針對某一組電流和電壓的數據，如果將變阻箱的電阻在5 kΩ的基礎上調大，則可以判斷電壓表所在支路的電流會有所減小，電壓表的讀數肯定會減小，即真實的電壓值要小一些，所以對圖像進行修正時，對應的點應該在縱坐標(I)不變的基礎上，減小橫坐標(U)，由此可以判斷真實的圖像在上方。

【教學反思】上述例題的作用并不僅僅只是幫助學生復習知識，鍛煉解題的感覺，同時更要讓學生在處理問題中感悟方法。本題對方法要求最高的是最后一問，即分析誤差，筆者所提供的方法是基于電表改裝的邏輯推理，在具體操作時需要學生能明確電壓表的指針偏轉幅度依然是源于該支路的電流大小，因此換用正確的串聯電阻，必然會導致電流變化，進而導致電壓表示數改變。

三、以變式拓展來推動學生思維的升華

在物理教學中，我們發現方法固化、思維機械是學生處理問題的大忌，這在電學實驗復習中尤其值得教師和學生注意。畢竟實驗是最具真實性和實踐性的問題，在實驗中可能出現很多意想不到的情形，學生要能夠對問題進行靈活的變通。在教學中，我們所選擇的例題一定要具有延展和變式的空間，這樣就能達到讓學生舉一反三、融會貫通的目的，他們也將由此獲得思維上的提升。

依然以上述問題為例，我們可以進行以下變式操作。

【變式1】若上述問題中滑動變阻器R1的額定電流足夠大，但最大電阻依然是1 kΩ，將其接入電路，則在調節時會出現什么現象？

因為本題的目的是描繪小燈泡的伏安特性曲線，因此滑動變阻器必須接成分壓式。借助圖2來說明，我們需要在閉合開關時，將滑動變阻器的滑片推至a端，然后再逐漸向右調節，這時滑動變阻器被滑片一分為二，其左段部分與燈泡并聯后再與右段部分串聯，由于燈泡電阻較小，因此在調節過程中，左端并聯結構的總電阻很小，因此很難分得電壓，所以現象為：開始時電壓表和電流表幾乎沒有示數，當滑片即將推至最右側時，兩電表的示數突然增大。

【變式思考】原始問題側重于讓學生進行選擇，變式問題則要求學生結合現象分析，間接說明選擇的理由，這樣的處理很新穎，且很有實踐性，如果學生在實驗中有此經歷，他們將很難遺忘。

【變式2】實驗中調節滑動變阻器時，如果電壓表有示數，且能從零開始連續變化，電流表卻沒有示數，可能的故障原因是什么？

上述表達已經說明電壓表的讀數可以從零開始連續變化，這表明滑動變阻器的分壓電路在正常工作，電壓表有示數，表明相關電路可以導通。原因分析需要分成兩類：如果燈泡能夠亮起，則說明電流表的接線處發生短路；如果燈泡無法亮起，則也可能是因為燈泡處發生斷路導致電流表中的電流過小，使得指針沒有明顯偏轉。

【變式思考】電路的故障分析本就是一個很繁瑣且很迷茫的過程，該變式在設計時摻入了開放性元素，即要求學生結合燈泡的亮度情形進行分類討論，這一方面要求學生能夠結合電路中的其他元件綜合考慮故障可能發生的原因，同時也需要學生站在更高的格局下分析和探索問題。

【變式3】如果電表改裝過程沒有出錯，且不存在任何電路故障，聯系電流表外接所造成的誤差影響，請推測真實的伏安特性曲線應該在現有答案的上方還是下方？

【分析】電流表的外接，則所測電流的數值包括了電壓表所在支路的電流，對于現有圖像上各點(除原點以外)都要修正，即電壓值不變，電流值要有所減小，這樣的點將位于原先點的下方，因此真實的伏安特性曲線應該在現有圖像的下方。

【變式思考】設計這一變式的目的在于消除學生的思維定勢，讓學生意識到不同的情境在分析的角度和方法上都存在一定的差別，這樣的處理有助于學生思維靈活性的發展。