(江蘇省泰州市教研室，江蘇 泰州 225300)

泰州市2014年高三模擬考試中有一道實(shí)驗(yàn)題，現(xiàn)提出來(lái)和大家交流，借此機(jī)會(huì)談?wù)劰P者對(duì)這個(gè)題目的理解以及教師講評(píng)的一些感受.

原題：為了描繪小燈泡的伏安特性曲線，實(shí)驗(yàn)室可供選擇的器材如下：

A．待測(cè)小燈泡(6V 500mA)

B．電流表A(0～0.6A,內(nèi)阻約0.5Ω)

C．電壓表V(0～3V,內(nèi)阻5kΩ)

D．滑動(dòng)變阻器R1(0～1kΩ，100mA)

E．滑動(dòng)變阻器R2(0～5Ω，1.5A)

F．電阻箱R3(0～9999.9Ω)

G．直流電源E(約6V，內(nèi)阻不計(jì))

H．開(kāi)關(guān)S，導(dǎo)線若干

(1)將電壓表量程擴(kuò)大為6V，與它串聯(lián)的電阻箱的阻值應(yīng)調(diào)為kΩ．

圖甲

(2)圖甲中畫(huà)出了實(shí)驗(yàn)的部分電路，請(qǐng)你補(bǔ)全電路圖；滑動(dòng)變阻器應(yīng)選用(選填“R1”或“R2”)．

(3)實(shí)驗(yàn)中變阻器滑動(dòng)觸頭P在ab間移動(dòng)時(shí)，發(fā)現(xiàn)小燈泡兩端的電壓只能在3.5V～6.0V間變化，則電路中出現(xiàn)的故障可能是．

圖乙

(4)排除故障后，測(cè)量出多組數(shù)據(jù)，以燈泡兩端的電壓U為橫軸、電流表的示數(shù)I為縱軸，描點(diǎn)作出小燈泡的伏安特性曲線如圖乙所示．若電壓表V的實(shí)際阻值大于5kΩ，則小燈泡實(shí)際的伏安特性曲線應(yīng)在所畫(huà)圖線的(選填“上方”或“下方”)．

解析：(1)中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)室使用的電流表一般是磁電式電流表，其內(nèi)部構(gòu)造如圖1所示，在磁電式電流表內(nèi)部，有均勻輻向分布的磁場(chǎng)，如正視圖2所示，該磁場(chǎng)中磁感線沿著以圓柱形鐵芯的軸心為圓心的豎直圓周的半徑方向，并且沿圓周均勻分布.

圖1

圖2

圖3

圖3為線圈平面所在處的磁場(chǎng)分布圖.當(dāng)線圈通有電流I時(shí)，線圈受安培力而轉(zhuǎn)動(dòng).當(dāng)線圈轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電流表內(nèi)的游絲彈簧產(chǎn)生一個(gè)阻礙線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的力矩，游絲彈簧產(chǎn)生的力矩與線框的轉(zhuǎn)動(dòng)角度θ成正比.因?yàn)棣取豂，θ隨I的變化是線性關(guān)系，所以電流表表盤(pán)的刻度是均勻的.由歐姆定律U=IR可知，電流表兩端的電壓與流過(guò)電流表的電流與也是一一對(duì)應(yīng)的，所以如果表盤(pán)的電流刻度標(biāo)成相對(duì)應(yīng)電流表兩端的電壓值，這就是一個(gè)電壓表.所以從本質(zhì)上來(lái)看電流表和電壓表都是電阻，不同的是電流表刻度盤(pán)上的讀數(shù)是表示流過(guò)電流表的電流，而電壓表刻度盤(pán)上的讀數(shù)表示電壓表兩端的電壓.

由于線圈的導(dǎo)線很細(xì)，允許通過(guò)的電流很小(一般幾十微安到幾毫安)，所以要測(cè)量較大的電流或電壓值，就需要進(jìn)行改裝以擴(kuò)大其量程.

圖4

在教師講評(píng)時(shí)，讓學(xué)生加深對(duì)電表結(jié)構(gòu)的理解，有助于學(xué)生更加深刻體會(huì)電表的本質(zhì)，同時(shí)也應(yīng)該向?qū)W生說(shuō)明改裝后表盤(pán)的刻度也要重新標(biāo)度，原來(lái)的量程3V相應(yīng)地改成量程為6V了，也就是說(shuō)原來(lái)的刻度在重新標(biāo)度時(shí)都變?yōu)樵瓉?lái)的2倍.因?yàn)榻?jīng)過(guò)改裝后的電壓表已經(jīng)是一個(gè)新電壓表了，此時(shí)新電壓表的三個(gè)參數(shù)：內(nèi)阻為RV新=RV原+R=10kΩ、滿偏電流為Ig=0.6mA、滿偏電壓為2Ug=6V.

圖5

(3)實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)變阻器滑動(dòng)觸頭P在ab間移動(dòng)時(shí)，如果滑動(dòng)變阻器分壓式接法沒(méi)有故障，則小燈泡兩端的電壓變化范圍應(yīng)該在0V～6V之間，而小燈泡獲得的最低電壓沒(méi)有達(dá)到0，所以判斷是分壓式部分有故障，可能是ca間斷路.

所以本題立意、定位較好，它不是簡(jiǎn)單地考查學(xué)生按課本的要求進(jìn)行重復(fù)性的操作，而是重視對(duì)實(shí)驗(yàn)原理、器材選擇、實(shí)驗(yàn)方法等的理解和應(yīng)用，雖然高中現(xiàn)階段不講力矩，但借用初中講的杠桿的平衡問(wèn)題可以解決對(duì)原理的理解，它不僅考查了學(xué)生對(duì)多個(gè)知識(shí)點(diǎn)的掌握情況，如了解實(shí)驗(yàn)原理；會(huì)控制條件、選擇實(shí)驗(yàn)器材；會(huì)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)方案；會(huì)使用儀器、會(huì)觀察現(xiàn)象、分析原因、會(huì)解釋結(jié)果得出相應(yīng)結(jié)論.同時(shí)對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)的各種可能的問(wèn)題，都要求學(xué)生能進(jìn)行周密的思考和分析，這有利于促進(jìn)學(xué)生認(rèn)真做好實(shí)驗(yàn)，注重在實(shí)驗(yàn)中養(yǎng)成發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、提出問(wèn)題，運(yùn)用已學(xué)過(guò)的物理知識(shí)去解決問(wèn)題的習(xí)慣，同時(shí)可以積極培養(yǎng)學(xué)生的探究能力、運(yùn)用知識(shí)解決問(wèn)題的能力，對(duì)中學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)有良好的導(dǎo)向作用，有利于學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中進(jìn)一步強(qiáng)化動(dòng)手操作意識(shí)、樹(shù)立安全規(guī)范意識(shí)、培養(yǎng)創(chuàng)新質(zhì)疑意識(shí).