江蘇

(作者單位：江蘇省泰興中學(xué))

電學(xué)實(shí)驗(yàn)歷來都是高考的重點(diǎn)，自然也是高三物理復(fù)習(xí)的重要內(nèi)容，而且在復(fù)習(xí)過程中，以電學(xué)實(shí)驗(yàn)為載體，教師還可以進(jìn)一步提升學(xué)生對(duì)恒定電流知識(shí)的理解，促使學(xué)生深度感悟物理研究方法，推動(dòng)他們思維的升華。

一、以問題群組來喚醒學(xué)生對(duì)基本知識(shí)的記憶

在高三復(fù)習(xí)中，教師都有這樣的體會(huì)，如果只是單純的引導(dǎo)學(xué)生對(duì)知識(shí)進(jìn)行梳理，學(xué)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(xué)生刺激，讓學(xué)生不斷從問題分析中喚醒對(duì)知識(shí)的回憶。我們引導(dǎo)學(xué)生復(fù)習(xí)電學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)，不是讓學(xué)生記住實(shí)驗(yàn)的基本操作和注意事項(xiàng)，而是讓學(xué)生再一次體會(huì)隱含在知識(shí)中的實(shí)驗(yàn)原理和科學(xué)思想，而這顯然是無法在單純的知識(shí)回顧中得到的。

問題1：現(xiàn)有一待測(cè)電阻R，請(qǐng)根據(jù)伏安法設(shè)計(jì)出實(shí)驗(yàn)電路。

學(xué)生在分析上述問題時(shí)在以下兩點(diǎn)上存在分歧：(1)電流表應(yīng)該外接還是內(nèi)接；(2)滑動(dòng)變阻器應(yīng)該接成分壓式還是限流式。學(xué)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(dǎo)，讓學(xué)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(nèi)接分別會(huì)產(chǎn)生怎樣的誤差，該如何選擇。

在引導(dǎo)學(xué)生復(fù)習(xí)時(shí)，我們要讓學(xué)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(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可能造成的影響卻不一樣。學(xué)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(dǎo)致所測(cè)電流偏大；如圖1(B)和(D)為電流表的內(nèi)接法，電流表的分壓導(dǎo)致所測(cè)電壓偏大。在此基礎(chǔ)上，學(xué)生在思考中明確該如何進(jìn)行選擇。

問題3：滑動(dòng)變阻器的分壓式與限流式各有怎樣的特點(diǎn)，該如何選擇。

如圖1(A)和(B)兩個(gè)圖為滑動(dòng)變阻器的限流式接法，(C)和(D)為分壓式接法。二者的特點(diǎn)首先體現(xiàn)在電路的連接方式上，然后是對(duì)電路的調(diào)控特點(diǎn)上。畢竟是復(fù)習(xí)課，因此學(xué)生都會(huì)聯(lián)系到滑動(dòng)變阻器在“實(shí)驗(yàn)：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(xù)可調(diào)，在數(shù)據(jù)采集量上更加豐富；如果滑動(dòng)變阻器的阻值遠(yuǎn)小于被測(cè)電阻，那就只有分壓式才能對(duì)電流實(shí)現(xiàn)有效調(diào)控，我們可以啟發(fā)學(xué)生將其類比為“小小秤砣壓千斤”的杠桿模型。當(dāng)然限流式也有它的優(yōu)勢(shì)，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(xué)生自主總結(jié)出來。

【教學(xué)反思】針對(duì)上述問題群組的處理，我們不能讓學(xué)生局限于在問題的思考和探討中完成知識(shí)的回憶，更要?jiǎng)?chuàng)造條件，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)操作中加以體會(huì)。雖然復(fù)習(xí)課的時(shí)間很緊張，但是如果我們可以將學(xué)生帶到實(shí)驗(yàn)室，讓他們?cè)趯?shí)驗(yàn)操作中再一次進(jìn)行探索與回顧，這將更有助于學(xué)生對(duì)知識(shí)的回憶。

二、以典型例題促使學(xué)生對(duì)基本方法的感悟

電學(xué)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)進(jìn)行復(fù)習(xí)時(shí)，我們要注意學(xué)生對(duì)基本方法的感悟。教師在選擇復(fù)習(xí)階段的例題時(shí)，務(wù)必要關(guān)注問題的典型性，要讓學(xué)生通過對(duì)問題的分析和研究，切實(shí)把握其中所蘊(yùn)含的科學(xué)方法。雖然我們不敢奢望學(xué)生通過一個(gè)問題就能“一法通百法通”，但是依然期盼學(xué)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(shí)驗(yàn)室所提供的器材如下：

A.待測(cè)小燈泡(6 V 500 mA)

B.電流表A(0～0.6 A 內(nèi)阻約0.5 Ω)

C.電壓表V(0～3 V 內(nèi)阻5 kΩ)

D.滑動(dòng)變阻器R1(0～1 kΩ 100 mA)

E.滑動(dòng)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(nèi)阻不計(jì))

H.開關(guān)S，導(dǎo)線若干

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

(2)圖2中畫出了實(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”。)

圖2

(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3.5 V～6.0 V之間變化，則電路中出現(xiàn)的故障可能是________。

(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3所示。若電壓表V內(nèi)阻的實(shí)際阻值大于5 kΩ，則小燈泡實(shí)際的伏安特性曲線應(yīng)在所畫圖線的________(選填“上方”或“下方”)。

圖3

上述問題分別考查學(xué)生電表改裝、電路設(shè)計(jì)、器材選擇、故障排查、誤差分析，知識(shí)點(diǎn)覆蓋較為全面，對(duì)學(xué)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(kuò)大為之前的兩倍，則所串聯(lián)的電阻應(yīng)該與原先電壓表的內(nèi)阻相等，即5 kΩ；(2)補(bǔ)全電路正是補(bǔ)全電表改裝那一部分，同時(shí)還涉及內(nèi)外接的方法，本題中考慮到燈泡電阻相對(duì)較小，應(yīng)選用外接法，此外滑動(dòng)變阻器應(yīng)該選擇R2，因?yàn)镽1的額定電流太小，且電阻太大，也不方便調(diào)節(jié)；(3)題中的描述應(yīng)該是變阻器限流式接法的特點(diǎn)，因此可以確認(rèn)是ac段導(dǎo)線發(fā)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(shí)可以采用“修正法”，即針對(duì)某一組電流和電壓的數(shù)據(jù)，如果將變阻箱的電阻在5 kΩ的基礎(chǔ)上調(diào)大，則可以判斷電壓表所在支路的電流會(huì)有所減小，電壓表的讀數(shù)肯定會(huì)減小，即真實(shí)的電壓值要小一些，所以對(duì)圖像進(jìn)行修正時(shí)，對(duì)應(yīng)的點(diǎn)應(yīng)該在縱坐標(biāo)(I)不變的基礎(chǔ)上，減小橫坐標(biāo)(U)，由此可以判斷真實(shí)的圖像在上方。

【教學(xué)反思】上述例題的作用并不僅僅只是幫助學(xué)生復(fù)習(xí)知識(shí)，鍛煉解題的感覺，同時(shí)更要讓學(xué)生在處理問題中感悟方法。本題對(duì)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(shí)需要學(xué)生能明確電壓表的指針偏轉(zhuǎn)幅度依然是源于該支路的電流大小，因此換用正確的串聯(lián)電阻，必然會(huì)導(dǎo)致電流變化，進(jìn)而導(dǎo)致電壓表示數(shù)改變。

三、以變式拓展來推動(dòng)學(xué)生思維的升華

在物理教學(xué)中，我們發(fā)現(xiàn)方法固化、思維機(jī)械是學(xué)生處理問題的大忌，這在電學(xué)實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)中尤其值得教師和學(xué)生注意。畢竟實(shí)驗(yàn)是最具真實(shí)性和實(shí)踐性的問題，在實(shí)驗(yàn)中可能出現(xiàn)很多意想不到的情形，學(xué)生要能夠?qū)栴}進(jìn)行靈活的變通。在教學(xué)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(dá)到讓學(xué)生舉一反三、融會(huì)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(jìn)行以下變式操作。

【變式1】若上述問題中滑動(dòng)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(diào)節(jié)時(shí)會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象？

因?yàn)楸绢}的目的是描繪小燈泡的伏安特性曲線，因此滑動(dòng)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(guān)時(shí)，將滑動(dòng)變阻器的滑片推至a端，然后再逐漸向右調(diào)節(jié)，這時(shí)滑動(dòng)變阻器被滑片一分為二，其左段部分與燈泡并聯(lián)后再與右段部分串聯(lián)，由于燈泡電阻較小，因此在調(diào)節(jié)過程中，左端并聯(lián)結(jié)構(gòu)的總電阻很小，因此很難分得電壓，所以現(xiàn)象為：開始時(shí)電壓表和電流表幾乎沒有示數(shù)，當(dāng)滑片即將推至最右側(cè)時(shí)，兩電表的示數(shù)突然增大。

【變式思考】原始問題側(cè)重于讓學(xué)生進(jìn)行選擇，變式問題則要求學(xué)生結(jié)合現(xiàn)象分析，間接說明選擇的理由，這樣的處理很新穎，且很有實(shí)踐性，如果學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中有此經(jīng)歷，他們將很難遺忘。

【變式2】實(shí)驗(yàn)中調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器時(shí)，如果電壓表有示數(shù)，且能從零開始連續(xù)變化，電流表卻沒有示數(shù)，可能的故障原因是什么？

上述表達(dá)已經(jīng)說明電壓表的讀數(shù)可以從零開始連續(xù)變化，這表明滑動(dòng)變阻器的分壓電路在正常工作，電壓表有示數(shù)，表明相關(guān)電路可以導(dǎo)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(fā)生短路；如果燈泡無法亮起，則也可能是因?yàn)闊襞萏幇l(fā)生斷路導(dǎo)致電流表中的電流過小，使得指針沒有明顯偏轉(zhuǎn)。

【變式思考】電路的故障分析本就是一個(gè)很繁瑣且很迷茫的過程，該變式在設(shè)計(jì)時(shí)摻入了開放性元素，即要求學(xué)生結(jié)合燈泡的亮度情形進(jìn)行分類討論，這一方面要求學(xué)生能夠結(jié)合電路中的其他元件綜合考慮故障可能發(fā)生的原因，同時(shí)也需要學(xué)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(cuò)，且不存在任何電路故障，聯(lián)系電流表外接所造成的誤差影響，請(qǐng)推測(cè)真實(shí)的伏安特性曲線應(yīng)該在現(xiàn)有答案的上方還是下方？

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

【變式思考】設(shè)計(jì)這一變式的目的在于消除學(xué)生的思維定勢(shì)，讓學(xué)生意識(shí)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(xué)生思維靈活性的發(fā)展。