電學(xué)實(shí)驗(yàn)在歷年高考的實(shí)驗(yàn)考試中占的分量較大，近年來(lái)電學(xué)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的考查特為凸顯，實(shí)驗(yàn)?zāi)芰κ俏锢韺W(xué)科的重要能力。目前高考物理只有筆試，實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)與能力實(shí)際上是很難有效地進(jìn)行考查的，不過(guò)近年高考試題命題者一直在努力地將實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)和能力的考核滲透到實(shí)驗(yàn)試題當(dāng)中來(lái)，盡力提高實(shí)驗(yàn)考核的有效度。我省《理科綜合能力測(cè)試》的《考試說(shuō)明》中將“設(shè)計(jì)和完成實(shí)驗(yàn)的能力”作為實(shí)驗(yàn)?zāi)芰σ?，“設(shè)計(jì)”體現(xiàn)重點(diǎn)考查“實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神”。近幾年，高考中大多以電學(xué)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)為主。設(shè)計(jì)思想涉及電表的量程選擇，電流表、電壓表的內(nèi)外接選擇，滑動(dòng)變阻器的限流，分壓接法選擇，電表的等效替用，定值電阻在電路中的使用等。而定值電阻的使用難度較大，靈活性較強(qiáng)，這里就我在教學(xué)中遇到的兩道電學(xué)實(shí)驗(yàn)題進(jìn)行評(píng)析，并由此引起思考。

例題1.某同學(xué)對(duì)一個(gè)標(biāo)稱值為“5 Ω、1.25 W”的定值電阻的阻值是否準(zhǔn)確產(chǎn)生了懷疑，準(zhǔn)備用伏安法盡可能準(zhǔn)確進(jìn)行測(cè)量，現(xiàn)可供使用的器材如下：

A.電流表A1，量程50 mA，內(nèi)阻9 Ω

B.電壓表V1，量程l5 V，內(nèi)阻約l5 kΩ

C.電壓表V2，量程3 V，內(nèi)阻約3 kΩ

D.變阻器R，全電阻約20 Ω

E.定值電阻R0=1 Ω

F.直流電源E，電動(dòng)勢(shì)4.5 V，內(nèi)阻不計(jì)

G.開關(guān)S、導(dǎo)線若干

（1）上述器材中，最適合的電壓表為 （填字母編號(hào)）。

（2）設(shè)計(jì)出測(cè)量Rx的電路圖。

本題的設(shè)計(jì)意圖是想讓學(xué)生對(duì)電表進(jìn)行改裝。學(xué)生通過(guò)分析不難發(fā)現(xiàn)電流表的量程太小，不方便測(cè)量，因此唯有另想辦法，一般的思路是先找替代電表，如已知內(nèi)阻的電壓表可做電流表使用，如已知內(nèi)阻的電流表可作電壓表使用，通過(guò)計(jì)算看是否滿足實(shí)驗(yàn)要求。如果這一條件不滿足，再考慮改裝電表。改裝電表還需具備兩個(gè)條件，即已知待改裝的電表內(nèi)阻和定值電阻或電阻箱。該題中只有電流表A1內(nèi)阻已知，電壓表內(nèi)阻不清楚不可作為電流表，因此只能改裝，即將電流表A1的量程進(jìn)行擴(kuò)充，改裝為大量程的電流表。做法是將R0和A1進(jìn)行并聯(lián)，起到分流的作用，通過(guò)運(yùn)算可求的改裝后的電流表的量程為0.45安培，可以滿足題目的需求。

課堂上我將定值電阻R0=1 Ω改為100 Ω，讓學(xué)生重新設(shè)計(jì)電路圖，學(xué)生興趣大增，躍躍欲試，課堂氣氛頓時(shí)調(diào)動(dòng)起來(lái)，但學(xué)生設(shè)計(jì)的電路圖卻五花八門，說(shuō)明學(xué)生對(duì)定值電阻的運(yùn)用還不熟練，還無(wú)法做到靈活應(yīng)用。其實(shí)如果R0=100 Ω，則電流表量程擴(kuò)充就沒有實(shí)際意義，定值電可作為保護(hù)作用。但保護(hù)也應(yīng)該考慮放置的位置，由于電壓表V2的量程和電源電動(dòng)勢(shì)接近，因此R0與Rx串聯(lián)，以擴(kuò)大待測(cè)電阻的阻值。設(shè)計(jì)的電路圖如2所示。

例題2.某同學(xué)要測(cè)量一均勻新材料制成的圓柱體的電阻R，步驟如下：

（1）用多用電表按正確的操作步驟測(cè)得此圓柱體的電阻阻值約為220 Ω。

（2）該同學(xué)想用伏安法更精確地測(cè)量待測(cè)圓柱體電阻R，現(xiàn)有的器材及其代號(hào)和規(guī)格如下：

A.金屬絲L，長(zhǎng)度為L(zhǎng)0，直徑為D

B.電流表A1，量程1 mA，內(nèi)阻r1=375 Ω

C.電流表A2，量程500 μA，內(nèi)阻r2=750 Ω

D.電壓表V，量程10 V，內(nèi)阻10 kΩ

E.定值電阻R1=1000 Ω，起保護(hù)作用

F.滑動(dòng)變阻器R2，總阻值約20 Ω

G.電池E，電動(dòng)勢(shì)1.5 V，內(nèi)阻很小

H.開關(guān)S、導(dǎo)線若干

為使實(shí)驗(yàn)誤差較小，要求測(cè)得多組數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)出測(cè)量電阻的電路圖，并標(biāo)明所用器材的代號(hào)。

本題的電路圖的設(shè)計(jì)難度比較大，首先電壓表的量程太大，不可用，因此應(yīng)該考慮用電流表等效替用或者電流表改裝為電壓表。但電流表的量程又太小，因此定值電阻R1應(yīng)該作為保護(hù)電阻使用，通過(guò)計(jì)算分析應(yīng)該放在支路比較合理。設(shè)計(jì)電路如圖3示。同樣，該題中如果定值電阻取值80 Ω，則該電阻應(yīng)該置于干路中才能起到保護(hù)作用

由這兩個(gè)例題，可以看出電路的設(shè)計(jì)涉及的知識(shí)面較廣，靈活性強(qiáng)，特別是涉及定值電阻的使用問(wèn)題，看似簡(jiǎn)單，但卻大有文章。下面就個(gè)人的看法進(jìn)行歸納。

1.用定值電阻做電表。在電路設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)中時(shí)，有時(shí)題目所給的器材由于量程問(wèn)題無(wú)法正常選用或電表不全，在這種情況下，就可以考慮用定值電阻和電表配合使用，以此來(lái)充當(dāng)電壓表或電流表使用。

2.用定值電阻來(lái)改裝電表，以擴(kuò)大電表量。這是比較常見，當(dāng)題目所給的電表量程太小，不能滿足測(cè)量要求時(shí)，可用定值電阻進(jìn)行擴(kuò)充使用。

3.用定值電阻增大待測(cè)電阻阻值。在物理實(shí)驗(yàn)中，經(jīng)常出現(xiàn)待測(cè)電阻阻值較小，不便于測(cè)量，導(dǎo)致無(wú)法正常測(cè)量或誤差較大，為了克服這一問(wèn)題，為了減小誤差，經(jīng)常采用定值電阻來(lái)增大待測(cè)電阻的方法進(jìn)行測(cè)量。

4.用定值電阻來(lái)保護(hù)電表等器材。定值電阻用來(lái)保護(hù)電路中的儀表，是定值電阻常見的應(yīng)用方法。解決這類問(wèn)題的關(guān)鍵是弄清題目的設(shè)計(jì)原理，根據(jù)提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算，以此確定保護(hù)電阻在電路中的最佳位置。

高考物理電學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)靈活，定值電阻在電路的設(shè)常涉及到，其使用方法也不是一成不變的，因此在教學(xué)中應(yīng)需要的注意理順定值電阻的應(yīng)用方法，注重培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維。

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作者簡(jiǎn)介：陳海，男，1978年11月出生，本科，就職學(xué)校：福建省南安市第三中學(xué)，研究方向：物理教學(xué)。

編輯 魯翠紅