《注重思維過程的電學(xué)實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)》林明華,福州教育研究院,特級教師

1、林林 明明 華華福州教育研究院福州教育研究院 院長、特級教師院長、特級教師教育部中小學(xué)骨干教師培訓(xùn)教育部中小學(xué)骨干教師培訓(xùn)“國培專家國培專家” 長期以來，電學(xué)實(shí)驗(yàn)都是高考的熱點(diǎn)和重點(diǎn)，其原因之一就因它是理論和經(jīng)驗(yàn)并重的典范。 命題者偏愛電學(xué)實(shí)驗(yàn)題，主要是考慮到它既能全面考查學(xué)生的電學(xué)基礎(chǔ)知識，又能綜合考查學(xué)生的綜合能力，以及嚴(yán)謹(jǐn)、周密的思維品質(zhì) 一、考試大綱對電學(xué)實(shí)驗(yàn)的要求二、高考電學(xué)實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)的基本策略 注重思維過程，凸顯實(shí)驗(yàn)原理與方法的復(fù)習(xí)。一、考試大綱對電學(xué)實(shí)驗(yàn)的要求 實(shí)驗(yàn)七：測定金屬的電阻率實(shí)驗(yàn)七：測定金屬的電阻率 （同時(shí)練習(xí)使用螺旋測微器）（同時(shí)練習(xí)使用螺旋測微器） 實(shí)驗(yàn)八：描繪小電珠

2、的伏安特性曲線實(shí)驗(yàn)八：描繪小電珠的伏安特性曲線 實(shí)驗(yàn)九：測定電源的電動勢和內(nèi)阻實(shí)驗(yàn)九：測定電源的電動勢和內(nèi)阻 實(shí)驗(yàn)十：練習(xí)使用多用電表實(shí)驗(yàn)十：練習(xí)使用多用電表 實(shí)驗(yàn)十一：傳感器的簡單使用實(shí)驗(yàn)十一：傳感器的簡單使用1. 要求會正確使用的儀器主要有: 刻度尺、游標(biāo)卡尺、螺旋測微器、 天平、秒表、彈簧秤、 電火花計(jì)時(shí)器或電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、 電流表、電壓表、多用電表、 滑動變阻器、電阻箱等。2. 要求認(rèn)識誤差問題在實(shí)驗(yàn)中的重要性（1）了解誤差的概念,知道系統(tǒng)誤差和偶然誤差;（2）知道用多次測量求平均值的方法減小偶然誤差;（3）能在某些實(shí)驗(yàn)中分析誤差的主要來源;（4）不要求計(jì)算誤差。3. 要求知道有效數(shù)字

3、的概念,會用有效數(shù)字表達(dá)直接測量的結(jié)果。 間接測量的有效數(shù)字運(yùn)算不作要求。 要會運(yùn)用所學(xué)的知識和使用過的器材做要會運(yùn)用所學(xué)的知識和使用過的器材做創(chuàng)新性的實(shí)驗(yàn)。創(chuàng)新性的實(shí)驗(yàn)。創(chuàng)新的前提是具備扎實(shí)的基礎(chǔ)創(chuàng)新的前提是具備扎實(shí)的基礎(chǔ)理論與實(shí)驗(yàn)技能。理論與實(shí)驗(yàn)技能。測量電路測量電路電路設(shè)計(jì)電路設(shè)計(jì)供電電路供電電路 引導(dǎo)學(xué)生正確、合理的設(shè)計(jì)電路和選擇器材，以提高學(xué)生的綜合思維能力。 二、高考電學(xué)實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)的基本策略 “伏安法測電阻實(shí)驗(yàn)”不僅僅是一個(gè)實(shí)驗(yàn)，而是整個(gè)電學(xué)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)。 只要掌握好這一實(shí)驗(yàn)，其它諸如：測量金屬的電阻率、測量小燈泡的額定功率、描繪小燈泡的伏安特性曲線等實(shí)驗(yàn)均可迎刃而解。 1、供電電路的

4、設(shè)計(jì)思路與器材選擇 電學(xué)實(shí)驗(yàn)必然涉及到如何進(jìn)行供電的電學(xué)實(shí)驗(yàn)必然涉及到如何進(jìn)行供電的問題。在高中物理實(shí)驗(yàn)中，采用的供電電問題。在高中物理實(shí)驗(yàn)中，采用的供電電路無外乎路無外乎“限流接法限流接法”和和“分壓接法分壓接法”兩兩種，而適用于高內(nèi)阻電源的種，而適用于高內(nèi)阻電源的“分流接法分流接法”供電在高中階段不作為要求。供電在高中階段不作為要求。 （1） “限流接法”供電的特點(diǎn)與選擇依據(jù) 當(dāng)供電電路的輸出端a、b接上負(fù)載電阻Rx后，在不計(jì)電池內(nèi)電阻情況下，就只是滑動變阻器R與負(fù)載電阻 Rx的串聯(lián)分壓。 ab負(fù)載電阻Rx兩端的電壓可調(diào)范圍為： EERRRUxx0 對某些需要電壓從零起調(diào)的實(shí)驗(yàn)（如描繪小燈

5、泡的伏安特性曲線實(shí)驗(yàn)）來說，就不能采用該電路供電。 不過，由于限流接法的供電具有電路結(jié)構(gòu)簡單、操作簡便、耗電量少等特點(diǎn)，在實(shí)驗(yàn)中還是經(jīng)常被采用。 在什么情況下選用限流接法供電呢？或者說，采用限流接法供電時(shí)，滑動變阻器和負(fù)載電阻的阻值有何搭配的要求？ 單從電壓可調(diào)范圍看，滑動變阻器的全電阻 R 越大，調(diào)壓的范圍就越寬。 EERRRUxx0假設(shè)：電源電壓恒為假設(shè)：電源電壓恒為E= 10V，負(fù)載，負(fù)載Rx=5當(dāng)選不同阻值當(dāng)選不同阻值 R 的滑動變阻器時(shí)，其負(fù)載兩端電壓的的滑動變阻器時(shí)，其負(fù)載兩端電壓的調(diào)節(jié)范圍如下表所示。調(diào)節(jié)范圍如下表所示。 是不是選擇滑是不是選擇滑動變阻器越大動變阻器越大就越好呢？

6、就越好呢？事實(shí)上，如果真是選用事實(shí)上，如果真是選用1000的滑動變阻器與的滑動變阻器與5的負(fù)載搭配，根本就談不上好不好的問題，而是的負(fù)載搭配，根本就談不上好不好的問題，而是根本就無法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。根本就無法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。 假設(shè)：假設(shè)：1000調(diào)節(jié)范圍的總長度為調(diào)節(jié)范圍的總長度為 10cm?；^滑過 9 cm，負(fù)載電壓只是從，負(fù)載電壓只是從0.05V增大到增大到0.48V；滑過滑過9.9cm，負(fù)載電壓才升高到，負(fù)載電壓才升高到3.33V； 在余下的在余下的 1 毫米范圍內(nèi)，能精確調(diào)出毫米范圍內(nèi)，能精確調(diào)出4V、5V、6V嗎？嗎？ 因此，滑動變阻器的電阻值選大一些，因此，滑動變阻器的電阻值選大一些，可以增

7、大電壓的調(diào)節(jié)范圍，但絕非越大越可以增大電壓的調(diào)節(jié)范圍，但絕非越大越好！好！ xRR)52( 根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，以滑動變阻器的電阻根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，以滑動變阻器的電阻值值 為佳搭配。為佳搭配。 （2） “分壓接法”供電的特點(diǎn)與選擇依據(jù) 當(dāng)輸出端a、b接上負(fù)載電阻Rx后，在不計(jì)電池內(nèi)電阻情況下，是變阻器左端阻值R左與負(fù)載電阻Rx并聯(lián)后，再與變阻器右端阻值R右串聯(lián)分壓 負(fù)載電阻Rx兩端的電壓可調(diào)范圍為： EU00 對那些需要電壓從零起調(diào)的實(shí)驗(yàn)（如描繪小燈泡的伏安特性曲線實(shí)驗(yàn)），就只能采用該電路供電。 是否因輸出電壓范圍總是從 0E ，就可以隨便選擇滑動變阻器的電阻值呢？ 在選用分壓接法供電時(shí)，滑動變阻器和負(fù)

8、載電阻也有搭配的要求嗎？ 仍假設(shè)電源電壓恒為仍假設(shè)電源電壓恒為E=10V，負(fù)載，負(fù)載Rx=5，當(dāng)選用，當(dāng)選用阻值阻值R=1000的滑動變阻器時(shí)，該供電電路會怎的滑動變阻器時(shí)，該供電電路會怎樣對負(fù)載供電呢？樣對負(fù)載供電呢？ P 滑至中央時(shí)， 空載電壓5.0V 接上負(fù)載接上負(fù)載Rx后，輸后，輸出電壓還是出電壓還是5.0V嗎？嗎？ 也就是說，這個(gè)供電電路在負(fù)載斷開也就是說，這個(gè)供電電路在負(fù)載斷開時(shí)，供電電壓為時(shí)，供電電壓為 5.0V，在負(fù)載接上時(shí)供電，在負(fù)載接上時(shí)供電電壓突然就下降為電壓突然就下降為 0.10V。只能說明這個(gè)供電電路的供電能力太差！只能說明這個(gè)供電電路的供電能力太差！這說明什么？這說

9、明什么？事實(shí)上，如果真是選用事實(shí)上，如果真是選用1000的滑動變阻器與的滑動變阻器與5的負(fù)載搭配，也是無法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。的負(fù)載搭配，也是無法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。 假設(shè)：假設(shè)：1000調(diào)節(jié)范圍的總長度為調(diào)節(jié)范圍的總長度為 10cm?；^滑過 9 cm，負(fù)載電壓只有，負(fù)載電壓只有0.48V；滑過滑過9.9cm，負(fù)載電壓才升高到，負(fù)載電壓才升高到3.33V； 同樣，在余下的同樣，在余下的 1 毫米范圍內(nèi)，也是無法毫米范圍內(nèi)，也是無法精確調(diào)出精確調(diào)出4V、5V、6V。 假如，把滑動變阻器的阻值與負(fù)載的阻值對調(diào)，即滑假如，把滑動變阻器的阻值與負(fù)載的阻值對調(diào)，即滑動變阻器的阻值為動變阻器的阻值為5.0，而負(fù)載的阻值，而

10、負(fù)載的阻值1000，供電，供電的情況又將如何呢？的情況又將如何呢？ P 滑至中央時(shí)， 空載電壓5.0V 接上負(fù)載接上負(fù)載Rx，輸，輸出電壓也是出電壓也是5.0V 負(fù)載電壓幾乎等于空載電壓意味著什么？ 說明：該供電電路的輸出電壓與負(fù)載無關(guān)，說明：該供電電路的輸出電壓與負(fù)載無關(guān)，幾乎完全由滑動片幾乎完全由滑動片P的位置決定。只要滑動片的位置決定。只要滑動片P的位置保持不動，其輸出的電壓即恒定不變。的位置保持不動，其輸出的電壓即恒定不變。 供電能力強(qiáng)供電能力強(qiáng)的表現(xiàn)！的表現(xiàn)！ 那么，在分壓接法的供電電路中，滑動變那么，在分壓接法的供電電路中，滑動變阻器的阻值是否越小越好呢？阻器的阻值是否越小越好呢？

11、 造成浪費(fèi)！造成浪費(fèi)！ 在分壓接法中，滑動變阻器的電阻值選小一些，在分壓接法中，滑動變阻器的電阻值選小一些，可以增強(qiáng)供電能力，也便于精細(xì)調(diào)節(jié)電壓，但并非越可以增強(qiáng)供電能力，也便于精細(xì)調(diào)節(jié)電壓，但并非越小越好。小越好。 2.0A5.0 10V干路IA005.01000 5.0V負(fù)載I 根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，以滑動變阻器的電阻根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，以滑動變阻器的電阻值值 為佳搭配。為佳搭配。 案例：案例：在描繪標(biāo)有在描繪標(biāo)有“2.5V 0.3A”字樣小燈泡的字樣小燈泡的伏安特性曲線實(shí)驗(yàn)中，使用伏安特性曲線實(shí)驗(yàn)中，使用3V干電池供電，最干電池供電，最好選什么規(guī)格的滑動變阻器？好選什么規(guī)格的滑動變阻器？ xRR)51

12、21(以上意見僅供參考，不足之處請批評指正！林林 明明 華華福州教育研究院福州教育研究院 院長、特級教師院長、特級教師教育部中小學(xué)骨干教師培訓(xùn)教育部中小學(xué)骨干教師培訓(xùn)“國培專家國培專家” 2、測量電路的設(shè)計(jì)思路與器材選擇 根據(jù)電阻的定義式根據(jù)電阻的定義式 可知，只要可知，只要測出待測電阻兩端的電壓測出待測電阻兩端的電壓 U 和通過待測電阻和通過待測電阻 R 的電流的電流 I，就可以得到待測電阻，就可以得到待測電阻 R 的阻值大的阻值大小。小。 IUR AVIURx測xxxIUR真（1） “內(nèi)接法內(nèi)接法”測量的特點(diǎn)與選擇依據(jù)測量的特點(diǎn)與選擇依據(jù) 電流表示數(shù)電流表示數(shù)IA就是流過待測電阻就是流過待

13、測電阻的電流值的電流值Ix，電流的測量沒有引，電流的測量沒有引入系統(tǒng)誤差；入系統(tǒng)誤差；“內(nèi)內(nèi)”接法適合測量接法適合測量“大大”電阻，測量結(jié)電阻，測量結(jié)果比真實(shí)值果比真實(shí)值“大大”。 電壓表示數(shù)電壓表示數(shù)UV并不是待測電阻兩并不是待測電阻兩端電壓值端電壓值Ux，即電壓的測量引入，即電壓的測量引入了系統(tǒng)誤差，了系統(tǒng)誤差，UV比比Ux多出電流多出電流表的分壓表的分壓UA。 （2） “外接法外接法”測量的特點(diǎn)與選擇依據(jù)測量的特點(diǎn)與選擇依據(jù) “外外”接法適合測量接法適合測量“小小”電阻，測量結(jié)電阻，測量結(jié)果比真實(shí)值果比真實(shí)值“小小”。 電壓表示數(shù)電壓表示數(shù)UV就是待測電阻兩端就是待測電阻兩端的電壓值的電

14、壓值Ux，電壓測量沒有引入，電壓測量沒有引入系統(tǒng)誤差；系統(tǒng)誤差；電流表的示數(shù)電流表的示數(shù)IA并不是流過待測并不是流過待測電阻的電流值電阻的電流值Ix，電流測量引入，電流測量引入了系統(tǒng)誤差，了系統(tǒng)誤差，IA比比Ix多出電壓表的多出電壓表的分流分流IV。 滿足滿足 ，待測電阻屬，待測電阻屬“大大”電阻，應(yīng)該采用內(nèi)接法進(jìn)行測量；電阻，應(yīng)該采用內(nèi)接法進(jìn)行測量；VAxRRR 滿足滿足 ，待測電阻屬，待測電阻屬“小小”電阻，應(yīng)選用外接法進(jìn)行測量。電阻，應(yīng)選用外接法進(jìn)行測量。VAxRRR（3） 測量電阻的特殊方法測量電阻的特殊方法 一是將電流表、電壓表的反向使一是將電流表、電壓表的反向使用，即用電壓表測電流

15、或用電流表測用，即用電壓表測電流或用電流表測電壓。這里需要已知所用電表的內(nèi)阻。電壓。這里需要已知所用電表的內(nèi)阻。約約0.4V0.375V電流表是能知道流過電流表是能知道流過自身電流的特殊電阻。自身電流的特殊電阻。電壓表是能知道自身電壓表是能知道自身兩端電壓的特殊電阻。兩端電壓的特殊電阻。（3） 測量電阻的特殊方法測量電阻的特殊方法 二是通過已知電阻測量電壓或電二是通過已知電阻測量電壓或電流。比如：使用兩只電流表與定值電流。比如：使用兩只電流表與定值電阻進(jìn)行測量。阻進(jìn)行測量。（3） 測量電阻的特殊方法測量電阻的特殊方法 三是運(yùn)用串、并聯(lián)電路的特點(diǎn)，三是運(yùn)用串、并聯(lián)電路的特點(diǎn)，巧測電表內(nèi)阻。巧測電表內(nèi)阻。 如：半偏法測量電流表的內(nèi)阻。如：半偏法測量電流表的內(nèi)阻。半偏法測量電流表的內(nèi)阻半偏法測量電流表的內(nèi)阻關(guān)鍵：關(guān)鍵： 提供恒流源提供恒流源系統(tǒng)誤差：系統(tǒng)誤差： 測量結(jié)