浙江省溫州中學(xué)（325000）王金聚

電學(xué)實(shí)驗(yàn)是高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要一環(huán)，每年高考都少不了針對(duì)電學(xué)實(shí)驗(yàn)的相關(guān)試題。它既能考查學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力和動(dòng)手能力，又能考查學(xué)生的探究能力、創(chuàng)新能力等。物理課程標(biāo)準(zhǔn)明確要求學(xué)生“能選用實(shí)驗(yàn)器材進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；會(huì)用圖像處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，能根據(jù)圖像獲得結(jié)論；能分析實(shí)驗(yàn)中存在的誤差，并提出減小誤差的方法”。要求教師“引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探究，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、分析論證、反思評(píng)估等能力”。

電學(xué)實(shí)驗(yàn)考查涉及實(shí)驗(yàn)的目的、原理、器材、步驟及誤差分析等方面，實(shí)驗(yàn)多、器材多、數(shù)據(jù)采集多，可考查范圍廣。有的實(shí)驗(yàn)線路挺復(fù)雜，單是接線都需要很長(zhǎng)時(shí)間，常使學(xué)生覺(jué)得雜亂無(wú)序，一團(tuán)亂麻，不知如何應(yīng)對(duì)。針對(duì)高考電學(xué)實(shí)驗(yàn)的復(fù)習(xí)與備考，本文從以下幾個(gè)方面予以歸類剖析。

一、測(cè)電阻類實(shí)驗(yàn)

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

以實(shí)驗(yàn)器材的選取為例，比如常用的電流表、電壓表，往往會(huì)給你兩到三個(gè)，讓你選擇一個(gè)最合適的。那么依據(jù)什么來(lái)選擇呢？一般要考慮以下幾個(gè)方面（如圖1）。

圖1

其中儀表的量程，如最常見(jiàn)的電流表、電壓表，要依據(jù)待測(cè)電流或電壓的大小選取。一般說(shuō)來(lái)，要使指針偏轉(zhuǎn)程度超過(guò)所選量程的2/3，至少也要超過(guò)1/2。如果量程選擇太大致使指針偏轉(zhuǎn)角度過(guò)小，會(huì)使測(cè)量誤差過(guò)大。反之，若量程選擇太小，過(guò)大的電流或電壓會(huì)造成電表?yè)p毀。

測(cè)電阻最常用的方法是伏安法，電路如圖2 所示。

圖2 伏安法

設(shè)圖中電流表內(nèi)阻為RA，電壓表內(nèi)阻為RV，待測(cè)電阻為Rx，為使實(shí)驗(yàn)誤差減小，借助串并聯(lián)規(guī)律可推知：當(dāng)RV<>RA時(shí)，宜選用電流表內(nèi)接法，如圖2（b）中虛線內(nèi)所示，由于電流表的分壓，此種情況下電阻的測(cè)量值偏大。

當(dāng)然，有時(shí)會(huì)遇到待測(cè)電阻無(wú)法估測(cè)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(diǎn)a，b接觸，看兩表的讀數(shù)變化情況。如果電壓表的讀數(shù)變化較大，而電流表的讀數(shù)變化很小，說(shuō)明電流表分壓較多，則應(yīng)接在a點(diǎn)；反之，如果電流表的讀數(shù)變化較大，而電壓表的讀數(shù)變化很小，說(shuō)明電壓表分流較多，則應(yīng)接在b點(diǎn)。

圖3 試觸法

至于滑動(dòng)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(dòng)變阻器分壓式接法：

①要求待測(cè)電阻Rx的電壓或電流從零開(kāi)始變化；

②若采用限流式接法，即便將滑動(dòng)變阻器的阻值調(diào)至最大，仍會(huì)出現(xiàn)電壓或電流的值超過(guò)量程的情況；

③當(dāng)待測(cè)電阻值Rx遠(yuǎn)大于滑動(dòng)變阻器的總電阻值時(shí)，若采用限流式接法，會(huì)出現(xiàn)調(diào)節(jié)范圍過(guò)于狹窄的情況。

以下幾種情況宜選用滑動(dòng)變阻器限流式接法：

①測(cè)量時(shí)電路電流或電壓沒(méi)有要求必須從零開(kāi)始連續(xù)調(diào)節(jié)，只是小范圍內(nèi)測(cè)量，且待測(cè)電阻值Rx接近或小于滑動(dòng)變阻器電阻R；

②電源允許的放電電流或滑動(dòng)變阻器的額定電流太小，不能滿足分壓式接法的要求；

③沒(méi)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(shí)，可考慮安裝簡(jiǎn)便和節(jié)能因素，采用滑動(dòng)變阻器限流式接法。

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

當(dāng)然，測(cè)電阻最簡(jiǎn)單的方法還是利用多用電表（即萬(wàn)用表）來(lái)測(cè)量，其測(cè)量方法和步驟是：

①用小螺絲刀進(jìn)行機(jī)械調(diào)零；

②選擇好倍率后，用手轉(zhuǎn)動(dòng)歐姆調(diào)零旋鈕進(jìn)行歐姆調(diào)零；

③將待測(cè)電阻從電路中斷開(kāi)，手握表筆的絕緣部分進(jìn)行測(cè)量，注意手不要觸及表筆的金屬桿部分；

④測(cè)量結(jié)束，拔出表筆，將選擇開(kāi)關(guān)置于OFF擋。

要注意的是，在使用歐姆擋時(shí)，利用的是多用電表內(nèi)的內(nèi)置電源，電流是從負(fù)接線柱（黑表筆）流出、從正接線柱（紅表筆）流入的，這一點(diǎn)有不少學(xué)生會(huì)搞反。

［例1］（2022 年全國(guó)高考甲卷理綜）某同學(xué)要測(cè)量微安表內(nèi)阻，可利用的實(shí)驗(yàn)器材有：電源E（電動(dòng)勢(shì)1.5 V，內(nèi)阻很?。?，電流表（量程10 mA，內(nèi)阻約10 Ω），微安表（量程100 μA，內(nèi)阻Rg待測(cè)，約1 kΩ），滑動(dòng)變阻器R（最大阻值10 Ω），定值電阻R0（阻值10 Ω），開(kāi)關(guān)S，導(dǎo)線若干。

（1）在答題卡上將圖4 中所示的器材符號(hào)連線，畫(huà)出實(shí)驗(yàn)電路原理圖_______；

圖4

（2）某次測(cè)量中，微安表的示數(shù)為90.0 μA，電流表的示數(shù)為9.00 mA，由此計(jì)算出微安表內(nèi)阻Rg=_____Ω。

解析：（1）為了準(zhǔn)確測(cè)出微安表兩端的電壓，可以讓微安表與定值電阻R0并聯(lián)，再與電流表串聯(lián)，通過(guò)電流表的電流與微安表的電流之差，可求出流過(guò)定值電阻R0的電流，從而求出微安表兩端的電壓，進(jìn)而求出微安表的內(nèi)阻。由于電源電壓過(guò)大，并且為了測(cè)量多組數(shù)據(jù)，滑動(dòng)變阻器采用分壓式接法，實(shí)驗(yàn)電路原理圖如圖5所示。

圖5

（2）流過(guò)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(nèi)阻為：

二、測(cè)量電源參數(shù)類實(shí)驗(yàn)

如圖6 所示，是測(cè)量電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的電路，利用閉合電路歐姆定律不難得出相關(guān)參數(shù)。利用圖6（a）所示的電路，由于電壓表的分流作用，使得電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的測(cè)量值都偏小。簡(jiǎn)單地講，我們可以把圖6（a）中虛線框內(nèi)的部分看作一個(gè)等效電源，容易看出：，但由于電壓表的內(nèi)阻一般都很大，所以實(shí)驗(yàn)誤差實(shí)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(gè)整體看作一個(gè)等效電源，如圖6（b）中虛線框內(nèi)部分所示，易知電動(dòng)勢(shì)的測(cè)量值是準(zhǔn)確的，即E測(cè)=E真。而內(nèi)阻的測(cè)量值r測(cè)=r真+RA，比真實(shí)值大出了一個(gè)電流表的內(nèi)阻，而電流表的內(nèi)阻與電源的內(nèi)阻常常比較接近，故測(cè)得內(nèi)阻的誤差常常很大。因此，要求同時(shí)測(cè)量電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻時(shí)，須采用圖6（a）電路。如果只是要求測(cè)量電動(dòng)勢(shì)，不要求測(cè)內(nèi)阻，則采用圖6（b）電路。

圖6

如果所給器材沒(méi)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(guò)E=來(lái)求電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻。當(dāng)然，若電壓表的量程不夠，我們可以給它串聯(lián)一個(gè)定值電阻。

如果所給器材沒(méi)有電壓表，僅有電流表和電阻箱等器材，也可以進(jìn)行相應(yīng)的測(cè)量。譬如圖7（b）所示的電路，就是之前新課標(biāo)全國(guó)卷上一道實(shí)驗(yàn)考題的附圖，其中電流表內(nèi)阻RA已知，R0和R1為定值電阻，通過(guò)繪出圖像，借助圖像來(lái)尋求電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻。當(dāng)然，由于圖中電流表的量程不夠，因此給它并聯(lián)了一個(gè)定值電阻R1，以擴(kuò)大量程。

圖7

［例2］（2021 年高考全國(guó)乙卷）一實(shí)驗(yàn)小組利用圖8（a）所示的電路測(cè)量一電池的電動(dòng)勢(shì)E（約1.5 V）和內(nèi)阻r（小于2 Ω）。圖中電壓表量程為1 V，內(nèi)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(kāi)關(guān)。按電路圖連接電路。完成下列填空：

（1）為保護(hù)電壓表，閉合開(kāi)關(guān)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(kāi)關(guān)，多次調(diào)節(jié)電阻箱，記錄下阻值R和電壓表的相應(yīng)讀數(shù)U；

（3）根據(jù)圖8（a）所示電路，用R，R0，RV，E和r表示=_________；

（5）通過(guò)圖8（b）可得E=_____V（保留2 位小數(shù)），r=______Ω（保留1位小數(shù)）；

（6）若將圖8（a）中的電壓表當(dāng)成理想電表，得到的電源電動(dòng)勢(shì)為E′，由此產(chǎn)生的誤差為

圖8

三、電表改裝類實(shí)驗(yàn)

改裝類問(wèn)題不難，依據(jù)就是歐姆定律。把表1中所蘊(yùn)含的信息給學(xué)生交代清楚即可。高考中大多呈現(xiàn)的是將改裝后的電表應(yīng)用在測(cè)電阻或測(cè)電源參數(shù)的電路之中，常以綜合考查的形式出現(xiàn)。

表1 電表改裝

四、高考電學(xué)實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)方略

（一）思想上要引起足夠重視

電學(xué)實(shí)驗(yàn)是每年高考的必考內(nèi)容，因此教師要引起足夠的重視，復(fù)習(xí)時(shí)不能因?yàn)閷?shí)驗(yàn)復(fù)雜、細(xì)碎、煩瑣、難講，而一帶而過(guò)、草草了事。第一輪復(fù)習(xí)，仍要立足課本，夯實(shí)基礎(chǔ)，詳細(xì)解讀每一個(gè)實(shí)驗(yàn)的方方面面。雖然在新課學(xué)習(xí)時(shí)學(xué)生已動(dòng)手做過(guò)分組實(shí)驗(yàn)，但幾乎遺忘殆盡，留下的只是一些模糊的記憶。復(fù)習(xí)時(shí)，教師要多引導(dǎo)，提高學(xué)生的參與度，喚醒學(xué)生的過(guò)往記憶。比如有些實(shí)驗(yàn)的原理圖，復(fù)習(xí)時(shí)就可以引導(dǎo)學(xué)生自己畫(huà)出。當(dāng)然，有的學(xué)生會(huì)畫(huà)錯(cuò)，教師也可以將錯(cuò)就錯(cuò)，讓學(xué)生在黑板上把帶有典型問(wèn)題的圖給畫(huà)出來(lái)，引導(dǎo)大家討論分析：此圖行不行？若有問(wèn)題，問(wèn)題在哪里？通過(guò)辨析、糾錯(cuò)，能喚醒學(xué)生的過(guò)往記憶，讓學(xué)生理解得更透徹，掌握得更牢固，記憶更長(zhǎng)久。

（二）分類或以專題的形式復(fù)習(xí)實(shí)驗(yàn)

在第二輪或第三輪復(fù)習(xí)中，教師可以把電學(xué)實(shí)驗(yàn)分類，比如分成測(cè)電阻類實(shí)驗(yàn)、測(cè)電源參數(shù)類實(shí)驗(yàn)、電表改裝類實(shí)驗(yàn)、創(chuàng)新類實(shí)驗(yàn)等，逐類復(fù)習(xí)，各個(gè)擊破。在每一類實(shí)驗(yàn)的復(fù)習(xí)中把同類實(shí)驗(yàn)加以縱橫比較，看看它們的原理、思想方法、數(shù)據(jù)處理方法等有何異同，歸納出相同點(diǎn)和不同點(diǎn)，以便于學(xué)生理解和掌握。

（三）適度練習(xí)

要想在電學(xué)實(shí)驗(yàn)題上拿高分，必要的習(xí)題訓(xùn)練必不可少。特別是過(guò)往的高考以及各地高考模擬考中的實(shí)驗(yàn)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(xué)生的角度，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，找到自己在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的不足，以便查漏補(bǔ)缺，適時(shí)彌補(bǔ)，完善自己的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

（四）注重對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)

高考中的電學(xué)實(shí)驗(yàn)題，大多源于教材但又不拘泥于教材，即對(duì)教材中的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了適當(dāng)?shù)募庸じ脑?，向設(shè)計(jì)能力等方面進(jìn)行轉(zhuǎn)移。如測(cè)量電阻阻值的實(shí)驗(yàn)，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(shí)驗(yàn)的原理、方法仍和教材中的實(shí)驗(yàn)是一樣的，這就相當(dāng)于變著法兒考查學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力和知識(shí)遷移能力。

設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)一般要考慮以下幾個(gè)方面。

（1）正確性：實(shí)驗(yàn)方案所依據(jù)的原理要正確。

（2）安全性：實(shí)驗(yàn)方案的實(shí)施要安全可靠，不能對(duì)儀器、器材及人身造成安全威脅，且應(yīng)有較高的成功率。

（3）簡(jiǎn)便性：實(shí)驗(yàn)器材要方便獲取，便于實(shí)施操作以及數(shù)據(jù)采集和處理。

（4）精確性：實(shí)驗(yàn)誤差不大，在可允許的范圍之內(nèi)。若有多種可能的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，則應(yīng)盡可能選取誤差較小的那一種。

（五）用多種教學(xué)手段助力電學(xué)實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)

除親自動(dòng)手向?qū)W生實(shí)物展示電學(xué)實(shí)驗(yàn)的過(guò)程外，還可以動(dòng)用多種手段輔助電學(xué)實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)。譬如可利用PPT 展現(xiàn)、動(dòng)畫(huà)模擬演示、播放實(shí)驗(yàn)視頻錄像、進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)等多種形式。在實(shí)際教學(xué)中，有時(shí)還可以自編一些順口溜，以方便學(xué)生復(fù)習(xí)和掌握。比如用多用電表測(cè)電阻，就可以把測(cè)量步驟概括為這么一句話——“選擋調(diào)零測(cè)電阻，拔出表筆撥OFF”。言簡(jiǎn)意賅，通俗易懂，學(xué)生很快就理解并掌握了。

再比如，利用伏安法測(cè)電阻的實(shí)驗(yàn)中，滑動(dòng)變阻器是采用分壓式接法還是限流式接法，可以把它總結(jié)為這樣兩句話——“待測(cè)大，分壓跨”“待測(cè)小，限流好”，即將待測(cè)電阻的阻值與滑動(dòng)變阻器的總阻值做比較，待測(cè)電阻的阻值大時(shí)采用分壓式接法，反之則宜用限流式接法。關(guān)于該實(shí)驗(yàn)中的電流表是采用內(nèi)接法還是外接法，有人總結(jié)為這么一句話——“大內(nèi)偏大，小外偏小”，即待測(cè)電阻阻值較大時(shí)采用內(nèi)接法，其測(cè)量結(jié)果偏大；待測(cè)電阻阻值較小時(shí)采用外接法，其測(cè)量結(jié)果偏小。這樣的總結(jié)朗朗上口，方便學(xué)生記憶。

（六）開(kāi)放物理實(shí)驗(yàn)室

在臨考前，有的學(xué)生還是對(duì)“電學(xué)實(shí)驗(yàn)”心里沒(méi)底，不踏實(shí)，還想到實(shí)驗(yàn)室再看一看、做一做，沒(méi)關(guān)系，這都是正常的。對(duì)高考要求的電學(xué)分組實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)室內(nèi)重新擺出來(lái)，讓學(xué)生重回實(shí)驗(yàn)室，用幾節(jié)課的時(shí)間在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)集中復(fù)習(xí)。讓學(xué)生再動(dòng)手做一做，“重新來(lái)過(guò)”，從而熟悉器材、原理、方法、步驟、數(shù)據(jù)處理等過(guò)程。不一定只擺學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)所需的器材，一些教材中重要的演示實(shí)驗(yàn)器材，也可以擺出來(lái)。實(shí)驗(yàn)室在白天可以全天候開(kāi)放，讓學(xué)生在自修課或課余時(shí)間都能隨來(lái)隨做。最好和實(shí)驗(yàn)員預(yù)先溝通好，以便學(xué)生在做實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中遇到問(wèn)題能及時(shí)得到解決，讓學(xué)生無(wú)后顧之憂。

總之，只要教師對(duì)電學(xué)實(shí)驗(yàn)真正重視起來(lái)、認(rèn)真對(duì)待，讓學(xué)生多做、多練、多想、多問(wèn)，踏踏實(shí)實(shí)認(rèn)真復(fù)習(xí)，就能水到渠成，學(xué)生就能在高考電學(xué)實(shí)驗(yàn)題上取得理想的分?jǐn)?shù)。