例談高考電學實驗復習與備考

［摘 要］電學實驗是每年高考的必考內容，文章對高考電學實驗進行了歸類分析，提出了高考電學實驗復習中應注意的問題以及應對方法，對高考電學實驗復習與備考具有一定的指導意義。

［關鍵詞］電學實驗；高考；復習方略

［中圖分類號］ ? ?G633.7 ? ? ? ?［文獻標識碼］ ? ?A ? ? ? ?［文章編號］ ? ?1674-6058（2022）23-0029-05

電學實驗是高中物理實驗教學的重要一環，每年高考都少不了針對電學實驗的相關試題。它既能考查學生的實驗設計能力和動手能力，又能考查學生的探究能力、創新能力等。物理課程標準明確要求學生“能選用實驗器材進行實驗，獲取實驗數據；會用圖像處理實驗數據，能根據圖像獲得結論；能分析實驗中存在的誤差，并提出減小誤差的方法”。要求教師“引導學生進行科學探究，培養學生的實驗設計、分析論證、反思評估等能力”。

電學實驗考查涉及實驗的目的、原理、器材、步驟及誤差分析等方面，實驗多、器材多、數據采集多，可考查范圍廣。有的實驗線路挺復雜，單是接線都需要很長時間，常使學生覺得雜亂無序，一團亂麻，不知如何應對。針對高考電學實驗的復習與備考，本文從以下幾個方面予以歸類剖析。

一、測電阻類實驗

從歷年高考物理試卷不難看出，測電阻類實驗題的占比居高不下。鑒于此，我們須掌握此類實驗的各種測量方法，如伏安法、半偏法、替代法、利用多用電表測電阻等方法，以及掌握電壓表、電流表、電源、定值電阻、滑動變阻器、單刀與雙刀開關等相關器材的選擇與接入方法等。

以實驗器材的選取為例，比如常用的電流表、電壓表，往往會給你兩到三個，讓你選擇一個最合適的。那么依據什么來選擇呢？一般要考慮以下幾個方面（如圖1）。

其中儀表的量程，如最常見的電流表、電壓表，要依據待測電流或電壓的大小選取。一般說來，要使指針偏轉程度超過所選量程的2/3，至少也要超過1/2。如果量程選擇太大致使指針偏轉角度過小，會使測量誤差過大。反之，若量程選擇太小，過大的電流或電壓會造成電表損毀。

測電阻最常用的方法是伏安法，電路如圖2所示。

設圖中電流表內阻為[RA]，電壓表內阻為[RV]，待測電阻為[Rx]，為使實驗誤差減小，借助串并聯規律可推知：當[RV] << ?[Rx]時，宜選用電流表外接法，如圖2（a）中虛線內所示，由于電壓表的分流，此種情況下電阻的測量值偏小；當[Rx] >> [RA]時，宜選用電流表內接法，如圖2（b）中虛線內所示，由于電流表的分壓，此種情況下電阻的測量值偏大。

當然，有時會遇到待測電阻無法估測的情況，該怎么辦？可用“試觸法”，如圖3所示，讓電壓表的連線[p]先后與觸點[a]，[b]接觸，看兩表的讀數變化情況。如果電壓表的讀數變化較大，而電流表的讀數變化很小，說明電流表分壓較多，則應接在[a]點；反之，如果電流表的讀數變化較大，而電壓表的讀數變化很小，說明電壓表分流較多，則應接在[b]點。

至于滑動變阻器該以何種方式接入電路，一般是按照如下要求連接。

以下幾種情況宜采用滑動變阻器分壓式接法：

①要求待測電阻[Rx]的電壓或電流從零開始變化；

②若采用限流式接法，即便將滑動變阻器的阻值調至最大，仍會出現電壓或電流的值超過量程的情況；

③當待測電阻值[Rx]遠大于滑動變阻器的總電阻值時，若采用限流式接法，會出現調節范圍過于狹窄的情況。

以下幾種情況宜選用滑動變阻器限流式接法：

①測量時電路電流或電壓沒有要求必須從零開始連續調節，只是小范圍內測量，且待測電阻值[Rx]接近或小于滑動變阻器電阻[R]；

②電源允許的放電電流或滑動變阻器的額定電流太小，不能滿足分壓式接法的要求；

③沒有很高的要求，僅從安全性和精確性角度分析兩者均可采用時，可考慮安裝簡便和節能因素，采用滑動變阻器限流式接法。

一般說來，在電流表、電壓表都有且量程合適的情況下，測電阻都可以考慮伏安法；若沒有提供電壓表，但所提供的電流表內阻已知，則可以把電流表當作電壓表來使用，此種方法稱為“安安法”；若沒有提供流電表，但所提供的電壓表內阻已知，同樣可以把電壓表當作電流表來使用，此種方法稱為“伏伏法”。

當然，測電阻最簡單的方法還是利用多用電表（即萬用表）來測量，其測量方法和步驟是：

①用小螺絲刀進行機械調零；

②選擇好倍率后，用手轉動歐姆調零旋鈕進行歐姆調零；

③將待測電阻從電路中斷開，手握表筆的絕緣部分進行測量，注意手不要觸及表筆的金屬桿部分；

④測量結束，拔出表筆，將選擇開關置于OFF擋。

要注意的是，在使用歐姆擋時，利用的是多用電表內的內置電源，電流是從負接線柱（黑表筆）流出、從正接線柱（紅表筆）流入的，這一點有不少學生會搞反。

［例1］（2022年全國高考甲卷理綜） 某同學要測量微安表內阻，可利用的實驗器材有：電源[E]（電動勢[1.5 V]，內阻很小），電流表（量程[10 mA]，內阻約[10 Ω]），微安表（量程[100 μA]，內阻[Rg]待測，約[1 kΩ]），滑動變阻器[R]（最大阻值[10 Ω]），定值電阻[R0]（阻值[10 Ω]），開關S，導線若干。

（1）在答題卡上將圖4中所示的器材符號連線，畫出實驗電路原理圖 ? ? ? ? ? ? ?；

（2）某次測量中，微安表的示數為[90.0 μA]，電流表的示數為[9.00 mA]，由此計算出微安表內阻[Rg=] ? ? ? ? ?[Ω]。

解析：（1）為了準確測出微安表兩端的電壓，可以讓微安表與定值電阻[R0]并聯，再與電流表串聯，通過電流表的電流與微安表的電流之差，可求出流過定值電阻[R0]的電流，從而求出微安表兩端的電壓，進而求出微安表的內阻。由于電源電壓過大，并且為了測量多組數據，滑動變阻器采用分壓式接法，實驗電路原理圖如圖5所示。

（2）流過定值電阻[R0]的電流為：

[I=IA-IG=9.00 mA-0.09 mA=8.91 mA]

微安表兩端的電壓為：[U=IR0=8.91×10-2V]

微安表的內阻為：

[Rg=UIG=8.91×10-290.0×10-6Ω=990 Ω]

二、測量電源參數類實驗

如圖6所示，是測量電源的電動勢和內阻的電路，利用閉合電路歐姆定律不難得出相關參數。利用圖6（a）所示的電路，由于電壓表的分流作用，使得電動勢和內阻的測量值都偏小。簡單地講，我們可以把圖6（a）中虛線框內的部分看作一個等效電源，容易看出：[E測=E真RV+r真RV]，[r測=r真RVRV+r真]，但由于電壓表的內阻一般都很大，所以實驗誤差實際上還是很小的。

假如采用圖6（b）電路，可將電流表和電源作為一個整體看作一個等效電源，如圖6（b）中虛線框內部分所示，易知電動勢的測量值是準確的，即[E測=E真]。而內阻的測量值[r測=r真+RA]，比真實值大出了一個電流表的內阻，而電流表的內阻與電源的內阻常常比較接近，故測得內阻的誤差常常很大。因此，要求同時測量電源的電動勢和內阻時，須采用圖6（a）電路。如果只是要求測量電動勢，不要求測內阻，則采用圖6（b）電路。

如果所給器材沒有電流表，僅有電壓表和電阻箱等器材，可以采用圖7（a）所示的電路，通過[E=U+URr]來求電動勢和內阻。當然，若電壓表的量程不夠，我們可以給它串聯一個定值電阻。

如果所給器材沒有電壓表，僅有電流表和電阻箱等器材，也可以進行相應的測量。譬如圖7（b）所示的電路，就是之前新課標全國卷上一道實驗考題的附圖，其中電流表內阻[RA]已知，[R0]和[R1]為定值電阻，通過[E=IA+IARAR1R0+R+r+IARA]繪出[1IA-R]圖像，借助圖像來尋求電動勢和內阻。當然，由于圖中電流表的量程不夠，因此給它并聯了一個定值電阻[R1]，以擴大量程。

［例2］（2021年高考全國乙卷） 一實驗小組利用圖8（a）所示的電路測量一電池的電動勢[E]（約[1.5 V]）和內阻[r]（小于[2 Ω]）。圖中電壓表量程為[1 V]，內阻[RV=380.0 Ω]，定值電阻[R0=20.0 Ω]；電阻箱[R]，最大阻值為[999.9 Ω]；S為開關。按電路圖連接電路。完成下列填空：

（1）為保護電壓表，閉合開關前，電阻箱接入電路的電阻值可以選 ? ? ? ? ? ? [Ω]（填“5.0”或“15.0”）；

（2）閉合開關，多次調節電阻箱，記錄下阻值[R]和電壓表的相應讀數[U]；

（3）根據圖8（a）所示電路，用[R]，[R0]，[RV]，[E]和[r]表示[1U]，得[1U=] ? ? ? ? ? ? ? ? ；

（4）利用測量數據，作[1U-R]圖線，如圖8（b）所示；

（5）通過圖8（b）可得[E=] ? ? ? ? ?V（保留2位小數），[r=] ? ? ? ? ? [Ω]（保留1位小數）；

（6）若將圖8（a）中的電壓表當成理想電表，得到的電源電動勢為[E]，由此產生的誤差為[E-EE×100%=] ? ? ? ? ? ? ?[%]。

解析：（1）設電壓表量程為[Um]，為了避免電壓表被燒壞，接通電路時電流不能超過[UmR0]，即[ER+R0+r8 Ω]，因此選[15.0 Ω]。

（3）由閉合回路的歐姆定律可得[E=U+UR0RVR0+RVR+r]，化簡可得：

[1U=R0+RVER0RV·R+1E+R0+RVrER0RV]

（5）由上面公式可得斜率[k=R0+RVER0RV=119E]，截距[b=1E+R0+RVrER0RV=1E+r19E]。

在[1U-R]圖像上選取兩點（[10 Ω]，[1.02 V-1]）、（[20 Ω]，[1.36 V-1]），計算可得斜率[k=1.36-1.0220-10V-1·Ω=0.034 V-1·Ω]，設直線過（[0 Ω，b V-1]）點，由等差關系有[1.36-1.02=1.02-b]，所以截距[b=0.68 V-1]，代入可得[E≈1.55 V]，[r≈1.0 Ω]。

（6）如果電壓表為理想電壓表，則[RV→∞]，有[1U=1E+rER0+1ER0·R]，此時電動勢[E=120 k]，因此誤差為[η=E-EE=120k-119k119k×100%=5%]。

三、電表改裝類實驗

改裝類問題不難，依據就是歐姆定律。把表1中所蘊含的信息給學生交代清楚即可。高考中大多呈現的是將改裝后的電表應用在測電阻或測電源參數的電路之中，常以綜合考查的形式出現。

四、高考電學實驗復習方略

（一）思想上要引起足夠重視

電學實驗是每年高考的必考內容，因此教師要引起足夠的重視，復習時不能因為實驗復雜、細碎、煩瑣、難講，而一帶而過、草草了事。第一輪復習，仍要立足課本，夯實基礎，詳細解讀每一個實驗的方方面面。雖然在新課學習時學生已動手做過分組實驗，但幾乎遺忘殆盡，留下的只是一些模糊的記憶。復習時，教師要多引導，提高學生的參與度，喚醒學生的過往記憶。比如有些實驗的原理圖，復習時就可以引導學生自己畫出。當然，有的學生會畫錯，教師也可以將錯就錯，讓學生在黑板上把帶有典型問題的圖給畫出來，引導大家討論分析：此圖行不行？若有問題，問題在哪里？通過辨析、糾錯，能喚醒學生的過往記憶，讓學生理解得更透徹，掌握得更牢固，記憶更長久。

（二）分類或以專題的形式復習實驗

在第二輪或第三輪復習中，教師可以把電學實驗分類，比如分成測電阻類實驗、測電源參數類實驗、電表改裝類實驗、創新類實驗等，逐類復習，各個擊破。在每一類實驗的復習中把同類實驗加以縱橫比較，看看它們的原理、思想方法、數據處理方法等有何異同，歸納出相同點和不同點，以便于學生理解和掌握。

（三）適度練習

要想在電學實驗題上拿高分，必要的習題訓練必不可少。特別是過往的高考以及各地高考模擬考中的實驗題，教師要多加研究。拿到題目，教師最好自己先做一做再看答案，這樣能站在學生的角度，及時發現問題，找到自己在實驗教學中的不足，以便查漏補缺，適時彌補，完善自己的實驗教學。

（四）注重對實驗設計能力的培養

高考中的電學實驗題，大多源于教材但又不拘泥于教材，即對教材中的實驗進行了適當的加工改造，向設計能力等方面進行轉移。如測量電阻阻值的實驗，教材中用的是伏安法，但高考中可能遇到的是“伏伏法”“安安法”，雖然看上去不同，但“換湯不換藥”，實驗的原理、方法仍和教材中的實驗是一樣的，這就相當于變著法兒考查學生的實驗設計能力和知識遷移能力。

設計實驗一般要考慮以下幾個方面。

（1）正確性：實驗方案所依據的原理要正確。

（2）安全性：實驗方案的實施要安全可靠，不能對儀器、器材及人身造成安全威脅，且應有較高的成功率。

（3）簡便性：實驗器材要方便獲取，便于實施操作以及數據采集和處理。

（4）精確性：實驗誤差不大，在可允許的范圍之內。若有多種可能的實驗設計方案，則應盡可能選取誤差較小的那一種。

（五）用多種教學手段助力電學實驗復習

除親自動手向學生實物展示電學實驗的過程外，還可以動用多種手段輔助電學實驗復習。譬如可利用PPT展現、動畫模擬演示、播放實驗視頻錄像、進行仿真實驗等多種形式。在實際教學中，有時還可以自編一些順口溜，以方便學生復習和掌握。比如用多用電表測電阻，就可以把測量步驟概括為這么一句話——“選擋調零測電阻，拔出表筆撥OFF”。言簡意賅，通俗易懂，學生很快就理解并掌握了。

再比如，利用伏安法測電阻的實驗中，滑動變阻器是采用分壓式接法還是限流式接法，可以把它總結為這樣兩句話——“待測大，分壓跨”“待測小，限流好”，即將待測電阻的阻值與滑動變阻器的總阻值做比較，待測電阻的阻值大時采用分壓式接法，反之則宜用限流式接法。關于該實驗中的電流表是采用內接法還是外接法，有人總結為這么一句話——“大內偏大，小外偏小”，即待測電阻阻值較大時采用內接法，其測量結果偏大；待測電阻阻值較小時采用外接法，其測量結果偏小。這樣的總結朗朗上口，方便學生記憶。

（六）開放物理實驗室

在臨考前，有的學生還是對“電學實驗”心里沒底，不踏實，還想到實驗室再看一看、做一做，沒關系，這都是正常的。對高考要求的電學分組實驗所需的器材，在臨近高考甚至是某些模擬考之前，建議集中在實驗室內重新擺出來，讓學生重回實驗室，用幾節課的時間在實驗室內集中復習。讓學生再動手做一做，“重新來過”，從而熟悉器材、原理、方法、步驟、數據處理等過程。不一定只擺學生分組實驗所需的器材，一些教材中重要的演示實驗器材，也可以擺出來。實驗室在白天可以全天候開放，讓學生在自修課或課余時間都能隨來隨做。最好和實驗員預先溝通好，以便學生在做實驗的過程中遇到問題能及時得到解決，讓學生無后顧之憂。

總之，只要教師對電學實驗真正重視起來、認真對待，讓學生多做、多練、多想、多問，踏踏實實認真復習，就能水到渠成，學生就能在高考電學實驗題上取得理想的分數。

［ ? 參 ? 考 ? 文 ? 獻 ? ］

［1］ ?王金聚.從高考試題看物理選修3-5的復習［J］.中學教學參考，2020（5）：38-40.

［2］ ?杜志建.2021高考真題匯編：物理［M］.烏魯木齊：新疆青少年出版社，2021.

（責任編輯 易志毅）