吳翠松

摘 要：實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是對(duì)實(shí)驗(yàn)定量分析的依據(jù)，是探索、驗(yàn)證物理規(guī)律的第一手資料。初中電學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要內(nèi)容之一，對(duì)錯(cuò)誤數(shù)據(jù)的甄別與處理能促進(jìn)學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)的重建與優(yōu)化，提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：初中；電學(xué)實(shí)驗(yàn)；錯(cuò)誤數(shù)據(jù)；成因

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148（2016）4-0009-3

物理學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然科學(xué)。實(shí)驗(yàn)為學(xué)生提供了符合認(rèn)知規(guī)律的環(huán)境，發(fā)展思維的基礎(chǔ)。實(shí)驗(yàn)對(duì)于學(xué)生的物理學(xué)習(xí)既是物理方法的學(xué)習(xí)，也是提高能力的一種手段。因此，中學(xué)教育非常重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)與實(shí)驗(yàn)考查。在教學(xué)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)始終是學(xué)生學(xué)習(xí)的薄弱環(huán)節(jié)。對(duì)初中學(xué)生而言，對(duì)電學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理頗感棘手，尤其是對(duì)錯(cuò)誤實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的成因分析尤為頭痛?，F(xiàn)對(duì)此類問題歸類分析，以期對(duì)電學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)有所幫助。

1 違背物理規(guī)律

例1 小米同學(xué)在用伏安法測電阻的實(shí)驗(yàn)中，選用了如圖1所示的實(shí)驗(yàn)器材。其中，待測定值電阻R的阻值為10 Ω，滑動(dòng)變阻器的最大阻值為20 Ω，電源由3節(jié)舊干電池串聯(lián)而成。

（1）請(qǐng)你用筆畫線代替導(dǎo)線將電路連接完整，以便繼續(xù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

（2）在連接電路時(shí)，開關(guān)應(yīng)處于______狀態(tài)，在閉合開關(guān)前，滑動(dòng)變阻器的滑片應(yīng)置于最_____端（選填“左”或“右”）。

（3）連接電路后，閉合開關(guān)，發(fā)現(xiàn)電壓表示數(shù)為1.3 V，但無論怎樣移動(dòng)滑片，電流表、電壓表的示數(shù)都不變。則在連接電路時(shí)出現(xiàn)的錯(cuò)誤是_______________________________________。

（4）糾正連接錯(cuò)誤后，從左向右移動(dòng)滑片，將所測得的4組數(shù)據(jù)記錄在表1中。明顯錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)是第____組。若不再補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，則待測電阻R的測量值為_____Ω（結(jié)果保留一位小數(shù)）。

參考答案：（1）外接法（初中一般采用外接法，圖略）；（2）斷開，左；（3）滑動(dòng)變阻器連接A、B接線柱；（4）三，10.3 Ω。

錯(cuò)解 （4）由R=U/I計(jì)算出第一組至第四組的電阻分別為10.0 Ω、11.0 Ω、9.4 Ω、10.0 Ω，因11.0 Ω與題干已知的10 Ω差值最大，故第二組數(shù)據(jù)明顯錯(cuò)誤。

正解 從左向右移動(dòng)滑片時(shí)，滑動(dòng)變阻器接入電路的電阻逐漸減小，定值電阻R分得的電壓逐漸增大，R的電流也逐漸增大。因第三組數(shù)據(jù)違背定值電阻R的伏安特性，故明顯錯(cuò)誤。

2 不滿足調(diào)節(jié)要求

例2 第（1）至第（3）問同例1。

（4）糾正連接錯(cuò)誤后，從左向右移動(dòng)滑片，將所測得的4組數(shù)據(jù)記錄在表2中。明顯錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)是第____組。

錯(cuò)解 錯(cuò)誤解析同例1，認(rèn)為第三組數(shù)據(jù)明顯錯(cuò)誤。

正解 因滑動(dòng)變阻器與定值電阻R串聯(lián)，且第（3）問中“連接電路后，閉合開關(guān)，發(fā)現(xiàn)電壓表示數(shù)約為1.3 V，但無論怎樣移動(dòng)滑片，電流表、電壓表的示數(shù)都不變?！北砻骷词拱鸦瑒?dòng)變阻器調(diào)至最大值，電壓表示數(shù)的最小值應(yīng)為1.3 V。說明第一組數(shù)據(jù)是命題人臆想編創(chuàng)的數(shù)據(jù)，故第一組數(shù)據(jù)明顯錯(cuò)誤。

3 電流表或電壓表沒有校零

例3 第（1）至第（3）問同例1。

（4）糾正連接錯(cuò)誤后，從左向右移動(dòng)滑片，將所測得的4組數(shù)據(jù)記錄在表3中。每組數(shù)據(jù)計(jì)算得出的待測電阻R的值均大于10 Ω的原因是________。

錯(cuò)解1 由于多數(shù)導(dǎo)體的電阻隨溫度的升高而增大，所以原因是待測電阻R的溫度升高。

錯(cuò)解2 計(jì)算出的待測電阻R的值均大于10 Ω的原因是存在實(shí)驗(yàn)誤差。

正解 定值電阻常由溫度系數(shù)小的材料構(gòu)成，即電阻值受溫度的影響可以忽略。若為實(shí)驗(yàn)誤差導(dǎo)致的，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)一定有時(shí)大時(shí)小的特點(diǎn)，不會(huì)全部偏大。數(shù)據(jù)錯(cuò)誤的成因是電壓表有0.2 V或電流表有0.02 A的讀數(shù)沒有校零。

4 看錯(cuò)電表量程

例4 第（1）至第（3）問同例1。

（4）糾正連接錯(cuò)誤后，從左向右移動(dòng)滑片，將所測得的4組數(shù)據(jù)記錄在表4中。第四組數(shù)據(jù)的電壓值明顯錯(cuò)誤，形成原因是____________。

錯(cuò)解 形成原因是違背部分電路的歐姆定律，即通過定值電阻的電流與它兩端的電壓成正比。

正解 分析前三組數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)電壓表選擇的是0～3 V的量程，且實(shí)驗(yàn)過程沒有提到更換量程，第四組數(shù)據(jù)的電壓值10.3 V遠(yuǎn)大于3 V，應(yīng)該是看錯(cuò)電壓表量程所致，即電壓值應(yīng)該為2.6 V。本問要求回答形成原因，而不是結(jié)果——違背部分電路的歐姆定律。

5 電壓表連接位置錯(cuò)誤

例5 第（1）至第（4）同例1。

（5）小米同學(xué)將電源換為輸出電壓恒為4.5 V的學(xué)生電源，待測電阻R換為額定電壓為2.5 V的小燈泡，利用伏安法來測量燈泡的電阻。實(shí)驗(yàn)中測出了4組數(shù)據(jù)并記錄在表5中，他的讀數(shù)和記錄均正確。但仔細(xì)分析他的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，該同學(xué)在連接實(shí)驗(yàn)電路時(shí)出了錯(cuò)誤，該錯(cuò)誤是______。

錯(cuò)解 由R=U/I計(jì)算出第一組至第四組的電阻逐漸增大，該錯(cuò)誤原因是小燈泡的電阻隨溫度的升高而增大。

正解 伏安法測量小燈泡的電阻實(shí)驗(yàn)中，小燈泡的電阻的確會(huì)隨溫度的升高而增大，但依然不會(huì)改變小燈泡的電流隨其兩端的電壓增大而增大的伏安特性。由于讀數(shù)和記錄均正確，表格中的電流隨其兩端的電壓減小而增大體現(xiàn)的是滑動(dòng)變阻器接入電路的電阻逐漸減小，故錯(cuò)誤是電壓表并聯(lián)在滑動(dòng)變阻器兩端。

6 沒有控制變量

例6 第（1）至第（4）問同例1。

（5）小米同學(xué)將電源換為輸出電壓恒為4.5 V的學(xué)生電源，增加5 Ω、115 Ω、20 Ω的定值電阻來探究電流跟電阻的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)中測出了4組數(shù)據(jù)并記錄在表6中，他的讀數(shù)和記錄均正確。但仔細(xì)分析他的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，表中數(shù)據(jù)與歐姆定律不相符，形成原因是 。（下轉(zhuǎn)第14頁）

（上接第10頁）

錯(cuò)解 電流表沒有校零或其他錯(cuò)誤答案。

正解 由U=IR計(jì)算出第一組至第四組定值電阻兩端的電壓分別為2.0 V、3.0 V、3.6 V、4.0 V。探究電流跟電阻的關(guān)系時(shí)應(yīng)該采用控制變量法，即控制定值電阻兩端的電壓不變，所以形成原因是沒有控制定值電阻兩端的電壓恒定。

（欄目編輯 趙保鋼）