掌握內在聯系，輕松跨過電學實驗關

熊亮　林益青

在《普通高中物理課程標準》（2017年版2020 年修訂）里要求必做的電學實驗有《測量金屬絲的電阻率》、《用多用電表測量電學中的物理量》、《測量電源的電動勢和內阻》，而且在每年的高考題中都會有涉及到，電學實驗年年出，變化多，如何才能更好地通過基礎電學原理和規律來應對不斷變化創新的電學實驗題呢？下面就以“近三年物理高考全國卷和廣東卷部分電學實驗真題”為例加以介紹.

一、從實驗目的出發，明確實驗中需要和實際測量的電學物理量，初識電學實驗命題方向

實驗目的是題干給的初印象，通過實驗目的我們可以明確實驗要做什么，或者想論證什么結論.從實驗目的出發，分析實驗目的與《普通高中物理課程標準》所要求的必做實驗的關系，再通過分析為實現實驗目的所需測量的物理量與題干中實際測量的物理量，初步認識電學實驗命題的規律和方向.表1列舉了近三年物理高考中全國卷和廣東卷電學實驗部分真題實驗目的分析.

從實驗目的看，考題中實驗目的主要是測量電阻，均與《普通高中物理課程標準》要求一致；從基礎原理中所需測量的電學物理量分析可知，每個實驗均是需要測量相應的電壓和電流.然而在題目中都未直接測量基礎原理中所需的電學量，而是進行了改編創新，要么間接測量電壓，要么間接測量電流.通過以上分析，讓我們對電學實驗的命題有了很好的初步認識，開啟解答之旅.

二、從原理方法看，明確實驗所用物理規律和實驗方法，深挖實驗題電路的創新設計

在間接測量的電學物理量中，又有什么內在聯系？下面對近三年物理高考中全國卷和廣東卷電學實驗部分真題電路設計中所用的物理規律和方法進行分析.

【例1】（2023年全國乙卷）一學生小組測量某金屬絲（阻值約十幾歐姆）的電阻率.現有實驗器材：螺旋測微器、米尺、電源E、電壓表（內阻非常大）、定值電阻R（阻值10.0Ω）、滑動變阻器R、待測金屬絲、單刀雙擲開關K、開關S、導線若干.圖（a）是學生設計的實驗電路原理圖.完成下列填空：

（1）實驗時，先將滑動變阻器R接入電路的電阻調至最大，閉合S.

（2）將K與1端相連，適當減小滑動變阻器R接入電路的電阻，此時電壓表讀數記為U，然后將K與2端相連，此時電壓表讀數記為U.由此得到流過待測金屬絲的電流I =，金屬絲的電阻r=.（結果均用R、U、U表示）.

（3）繼續微調R，重復（2）的測量過程，得到多組測量數據，如上表所示：

（4）利用上述數據，得到金屬絲的電阻r=14.2Ω.

（5）用米尺測得金屬絲長度L=50.00cm.用螺旋測微器測量金屬絲不同位置的直徑，某次測量的示數如圖（b）所示，該讀數為d=_____mm.多次測量后，得到直徑的平均值恰好與d相等.

（6）由以上數據可得，待測金屬絲所用材料的電阻率ρ=______×107Ω·m.（保留2位有效數字）

【例2】（2023年廣東卷）某興趣小組設計了測量鹽水電導率的實驗.所用器材有：電源E（電動勢恒定，內阻可忽略）；毫安表mA（量程15mA，內阻可忽略）；電阻R（阻值500Ω）、R（阻值500Ω）、R（阻值600Ω）和R（阻值200Ω）；開關S和S；裝有耐腐蝕電極板和溫度計的有機玻璃樣品池；導線若干.請完成下列實驗操作和計算.

（1）電路連接.圖（a）為實驗原理圖.在圖（b）的實物圖中，已正確連接了部分電路，只有R一端的導線還末連接，該導線應接到R的_______（填“左”或“右”）端接線柱

（2）鹽水電導率和溫度的測量

①測量并記錄樣品池內壁的長寬高.在樣品池中注滿待測鹽水；

②閉合開關S，_______開關S，毫安表的示數為10.0mA，記錄此時毫安表的示數；計算得到流過樣品池的電流I為_______mA；

③_______開關S，毫安表的示數為15.0mA，記錄此時毫安表的示數；計算得到流過樣品池的電流I為_______mA；

④斷開開關S，測量并記錄鹽水的溫度.

（3）根據上述數據，計算得到樣品池兩電極板間待測鹽水的電阻為__________Ω，進而可求得該溫度時待測鹽水的電導率.

三、從考查問題落腳，歸納考查問題，掌握解決辦法，輕松解決電學實驗創新題

分析考查的問題，找到考查的方向，進而掌握解決問題的辦法，助力高效備考.在電學實驗題中考查的問題有何共性呢？表2列出了近三年全國卷和廣東卷部分電學實驗真題主要考查問題統計.

從上表中可知，試題中或多或少、或深或淺都應用了歐姆定律外，還考察了諸多常見的知識考點：

（1）儀表讀數：試題中分別考查了螺旋測微器、電流表和電壓表讀數；除此之外，還應注意到未考察的歐姆表讀數；

（2）電路圖或實物圖的連接：2022年全國卷中都是依實驗原理連接電路，需要理解實驗原理并設計后進行連接，難度較大，而2023年廣東卷考察依電路圖連接實物圖，實物圖的連接依電流流向分層連接，難度較易.基本涵蓋了電路連接的考察模型；

（3）限流、分壓及其對應的電路保護：除了考查限流、分壓接法改變電路中的電流或電壓外，2021年廣東卷還直接挖空考查限流法中滑動變阻器滑片初始位置；2022年全國乙卷考查分壓式接法滑動變阻器的選擇；2021年全國卷中考查了分壓式接法滑動變阻器的選擇和滑片的初始位置.基本涵蓋了兩種接法的考查內容；

（4）電路動態分析：2023年和2022年廣東卷中，均是在閉合開關S前后引起了電路的變化，即分流影響；2021年全國甲卷，則是支路中串聯電阻箱R，引起電路變化，即分壓影響；

（5）實驗誤差：在2022年廣東卷和2021年全國乙卷中，都是考查電壓表是否為理想電表對實驗結果的影響.可以借鑒的是拓展到電流表是否為理想電表，以及等效電源內阻對測量結果的影響；

（6）函數關系與圖像/表格處理數據：在記錄和處理數據是，常常采用表格、圖像方式記錄，再結合自變量和因變量之間的函數關系與圖像相關知識對應獲取所需要的結論.在2023年和2021年全國乙卷中采用函數關系式轉換后得到與圖像對應的自變量和因變量的關系，是難點；2021年全國甲卷則是依圖像的物理意義直接得出結論，無需進行關系式轉換，此考查較容易.

除此之外，近三年全國卷和廣東卷還考查了歐姆表的使用、電功率的計算等問題.

事實上，考查的內容，在日常練習中都是非常常見的，在日常練習時，要注意考查內容的歸類和整理.可以縮小復習范圍，舉一反三，可以迅速找到解決問題的辦法.

四、小結

綜上所述，從審題到解決問題，結合三年物理高考全國卷和廣東卷部分電學實驗真題分析后發現，可以按照如下方式去探索電學實驗創新設計：

（1）認真審題，明確實驗要做什么，為實現目的，基礎原理中需要測量的電學物理量是什么，但題目中實際測量的又是什么.比如實驗目的是測量電阻、測電阻率，還是測繪小燈泡的伏安特性曲線，基礎原理里測量的電學物理量均是其兩端電壓和流過電流，題目中實際是通過直接測量還是間接測量獲得.

（2）熟練掌握歐姆定律和串并聯電阻、電流、電壓規律.例如：在間接測量中，明確待測元件所在電路中的串并聯關系，其電壓是否由并聯支路獲得，是否由串聯支路加減后獲得；其電流是否由所在的串聯支路獲得，是否由并聯支路加減后獲得.在支路中，若電壓表內阻已知，在測量電壓時也可以根據歐姆定律獲得支路電流；若電流表內阻已知，在測量電流時，也可以根據歐姆定律獲得支路電壓.

（3）歸納考查的問題，掌握解決問題的針對性辦法.比如：采用圖像法處理實驗數據時，往往結合函數中的斜率、截距等知識來解決，為此要熟悉轉換函數關系的方法.在電路連接時，熟練掌握分層連接、順電流方向連接等方法即可輕松應對.

總而言之，電學實驗的創新和解答，是有規律可循，掌握電學實驗題的內在聯系，做到有序有法，可以提升解題速度，讓備考更高效，更精準.

責任編輯 李平安