張立泰

摘 要：近幾年高考對(duì)電學(xué)實(shí)驗(yàn)的考查有了較高的要求，實(shí)驗(yàn)考查注重從知識(shí)到能力的遷移，試題在原有的五個(gè)基本實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，在研究對(duì)象、實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)處理等方面進(jìn)行了創(chuàng)新，試題創(chuàng)新點(diǎn)頻頻出現(xiàn)，這對(duì)考查學(xué)生的能力和推進(jìn)新課程的改革很有幫助。只要考生認(rèn)真分析，找出試題的創(chuàng)新點(diǎn)，應(yīng)用所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行解答，定能“滿分”而歸，文章根據(jù)兩道電學(xué)實(shí)驗(yàn)試題，歸納電學(xué)實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新點(diǎn)，對(duì)創(chuàng)新點(diǎn)進(jìn)行思考、分析、遷移和拓展，找出解決問題的辦法。

關(guān)鍵詞：創(chuàng)新點(diǎn);研究對(duì)象;實(shí)驗(yàn)原理;電學(xué)實(shí)驗(yàn)

一、引言

筆者通過對(duì)近幾年電學(xué)實(shí)驗(yàn)高考試題的分析，發(fā)現(xiàn)電學(xué)試題難點(diǎn)形成的原因主要是學(xué)生對(duì)解答創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)缺乏平時(shí)對(duì)實(shí)驗(yàn)思想方法（如模擬法、控制變量法、半偏法、轉(zhuǎn)換法、放大法、比較法、替代法等）進(jìn)行歸納和總結(jié)，面對(duì)電學(xué)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新題，找不到切入點(diǎn)，找不到實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原理和可行的解決問題辦法。造成這種問題的原因主要是其對(duì)基本實(shí)驗(yàn)理解得不透徹，應(yīng)用不靈活，缺乏對(duì)掌握知識(shí)的遷移能力和創(chuàng)新意識(shí)。下面通過筆者對(duì)例題的分析，歸納出創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新點(diǎn)，通過分析，領(lǐng)悟解決創(chuàng)新電學(xué)實(shí)驗(yàn)的精髓，總結(jié)解決電學(xué)實(shí)驗(yàn)的方法，達(dá)到解決電學(xué)實(shí)驗(yàn)問題的目的。

例題1：某多用電表內(nèi)歐姆擋“×1”的內(nèi)部電路圖（如圖甲的虛線框所示）。一學(xué)習(xí)小組將電阻箱和電壓表并聯(lián)后接到多用電表兩表筆A、B上，采用圖甲的電路測量多用電表歐姆擋“×1”正常工作時(shí)的內(nèi)阻RΩ和其內(nèi)部電池的電動(dòng)勢E（電壓表的內(nèi)阻很大，它在該電路中的分流作用可以忽略），實(shí)驗(yàn)操作步驟如下：

（1）先調(diào)整“指針定位螺絲”，再將選擇開關(guān)轉(zhuǎn)至歐姆擋“×1”，紅黑表筆短接，調(diào)節(jié)“歐姆調(diào)零旋鈕”使指針指在表盤___（填“左”或“右”）側(cè)零刻度處。

（2）電阻箱和電壓表并聯(lián)后的兩端分別接在表筆A和B上，正確的接法是：電壓表的正接線柱要接在多用電表的表筆___（填“A”或“B”）上。

（3）改變電阻箱的阻值，得出多組電壓表和電阻箱的示數(shù)U、R，并將對(duì)應(yīng)的和的值計(jì)算出來并記錄在表格中，再畫出-（圖像如圖乙所示），若圖乙中圖線的斜率為k1、與縱軸的截距為b1，則所測內(nèi)部電池的電動(dòng)勢E=____，歐姆擋“×1”正常工作時(shí)的內(nèi)阻RΩ=____。（用k1、b1表示）

（4）一位同學(xué)提出了數(shù)據(jù)處理的另一種思路：先計(jì)算出，然后畫U-（圖像如圖丙所示）。由圖丙得到圖線斜率為k2、與縱軸的截距為b2，則電池的電動(dòng)勢E=? ? ? ?，歐姆擋“×1”正常工作時(shí)的內(nèi)阻RΩ=? ? ? ? 。（用k2、b2表示）

【答案】右;B; ;? b2; -k2

【解析】（1）歐姆表的0刻度線在表盤最右側(cè)，因此進(jìn)行歐姆調(diào)零時(shí)應(yīng)將紅黑表筆短接調(diào)解歐姆調(diào)零電阻，使指針調(diào)到右側(cè)零刻度線處;（2）根據(jù)電壓表的接法，電流應(yīng)該從電壓表的正接線柱流入，負(fù)接線柱流出，由圖甲可知，表筆B接的是電源的正極，因此電壓表的正極應(yīng)該接表筆B處;（3）根據(jù)閉合電路歐姆定律有E=U+IRΩ=U+RΩ，得=+·，由圖乙可知，圖線截距b1=，斜率k1=，即E=，RΩ=;（4） 根據(jù)E=U+IRΩ=U+RΩ等效變換U=E-RΩ，圖丙中圖線截距b2=E，斜率k1=-RΩ，故RΩ=-k2。

【考查目的】考查用伏阻法測電源電動(dòng)勢和歐姆表內(nèi)阻、歐姆調(diào)零、電壓表連接、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析處理。

【實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新】此實(shí)驗(yàn)對(duì)測電池電動(dòng)勢和內(nèi)阻實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了三方面的創(chuàng)新：一是實(shí)驗(yàn)研究對(duì)象發(fā)生了變化，測電池和其他原件連接等效電源電動(dòng)勢和內(nèi)阻;二是實(shí)驗(yàn)原理發(fā)生了變化，由常規(guī)的伏安法測電動(dòng)勢和內(nèi)阻改換成伏阻法;三是實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理用兩種方法，在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理上進(jìn)行了創(chuàng)新。

例題2：（2016·天津卷）某同學(xué)想要描繪標(biāo)有“3.8 V，0.3 A”字樣小燈泡L的伏安特性曲線，要求測量數(shù)據(jù)盡量精確，繪制曲線完整，可供該同學(xué)選用的器材除了開關(guān)、導(dǎo)線外，還有：電壓表V1（量程0～3 V，內(nèi)阻等于3 kΩ）;電壓表V2（量程0～15 V，內(nèi)阻等于15 kΩ）;電流表A1（量程0～200 mA，內(nèi)阻等于10 Ω）;電流表A2（量程0～3 A，內(nèi)阻等于0.1 Ω）;滑動(dòng)變阻器R1（0～10 Ω，額定電流2 A）;滑動(dòng)變阻器R2（0～1 kΩ，額定電流0.5 A）;定值電阻R3（阻值等于1 Ω）;定值電阻R4（阻值等于10 Ω）;定值電阻R5（阻值等于1 kΩ）;電源E（E=6 V，內(nèi)阻不計(jì)）

①請(qǐng)畫出實(shí)驗(yàn)電路圖，并將各元件字母代碼標(biāo)在該元件的符號(hào)旁。②該同學(xué)描繪出的I–U圖像應(yīng)是下圖（如圖3）中的______。

【答案】①電路如圖2? ②B

【解析】①電壓表V2和電流表A2量程太大，電壓表V1和電流表A1量程偏小，根據(jù)題中所給條件和要求，可以對(duì)電壓表V1和電流表A1進(jìn)行改裝，電壓表V1與定值電阻R5串聯(lián)，改裝成量程為4V的電壓表;電流表A1與定值電阻R4并聯(lián)改裝為量程為0.4A的電流表;因?yàn)樾襞莸淖柚递^小，故電流表采用外接法;要繪制完整的曲線，滑動(dòng)變阻器應(yīng)采用分壓接法，要選擇總阻值小的R1電阻，電路如圖2。 ②因?yàn)樾襞轃艚z的電阻隨溫度升高而增大，所以該同學(xué)描繪出的I-U圖線應(yīng)該是B.

【考查目的】探究小燈泡的伏安特性曲線實(shí)驗(yàn)、電表改裝、器材選取、電路設(shè)計(jì)。

【實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新】例題考查描繪小燈泡的伏安特性曲線的實(shí)驗(yàn);題中難點(diǎn)是所給的電表量程都不適合，題中的創(chuàng)新點(diǎn)是對(duì)電流表和電壓表按需要進(jìn)行改裝，還考查了電表的改裝方法;其他部分基本和課本的基本實(shí)驗(yàn)一樣。

通過對(duì)近幾年高考電學(xué)題的分析和上面例題的分析，實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新題主要在以下四方面進(jìn)行創(chuàng)新：

二、對(duì)實(shí)驗(yàn)研究對(duì)象進(jìn)行創(chuàng)新

在高中電學(xué)實(shí)驗(yàn)中測量的物理量基本上就書中的幾種，但可以測不同的研究對(duì)象的物理量。解決辦法可以模擬書中基本實(shí)驗(yàn)測量方法，達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?/p>

常見創(chuàng)新問題歸納如下：

一是對(duì)課本中基本實(shí)驗(yàn)描繪小燈泡伏安特性曲線進(jìn)行創(chuàng)新：把研究對(duì)象改換成二極管、熱敏電阻、電動(dòng)機(jī)、光電池、電池等電學(xué)原件的伏安特性曲線。

二是對(duì)課本基本實(shí)驗(yàn)測電池電動(dòng)勢和內(nèi)阻進(jìn)行創(chuàng)新：把研究對(duì)象改換成水果電池、光電池、含其他原件等效電源（如例題中歐姆表內(nèi)電池電動(dòng)勢和歐姆表內(nèi)阻）電動(dòng)勢和內(nèi)阻。

三是對(duì)課本中基本實(shí)驗(yàn)伏安法測金屬電阻率進(jìn)行創(chuàng)新：把研究對(duì)象改換成多匝線圈的長度、金屬板的厚度、圓管內(nèi)徑等物理量。

三、對(duì)實(shí)驗(yàn)原理進(jìn)行創(chuàng)新

在給定實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡那闆r下，實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新題體現(xiàn)在電路的結(jié)構(gòu)和實(shí)驗(yàn)原理上變化，不論哪種解決辦法，都依據(jù)歐姆定律進(jìn)行解答，考查學(xué)生的知識(shí)遷移能力。

一方面，對(duì)課本中基本實(shí)驗(yàn)測電池電動(dòng)勢和內(nèi)阻實(shí)驗(yàn)進(jìn)行創(chuàng)新：可以用多用電表、伏阻法、安阻法、伏伏法、安安法等方法進(jìn)行測量。

另一方面，對(duì)課本中基本實(shí)驗(yàn)伏安法測電阻進(jìn)行創(chuàng)新：測各種原件的電阻可以用安安法、伏伏法、比較法、替代法、轉(zhuǎn)換法、半偏法等方法進(jìn)行。

四、對(duì)實(shí)驗(yàn)測量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)處理進(jìn)行創(chuàng)新

實(shí)驗(yàn)中測量得到的數(shù)據(jù)，處理方法不同雖然能得出測量結(jié)果，但精度可能不同，所以實(shí)驗(yàn)經(jīng)?？疾閷?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理。解決辦法是應(yīng)用所學(xué)的知識(shí)尋找待測量之間的函數(shù)關(guān)系，明確各物理量間的變化規(guī)律，進(jìn)而求出待測量。

例如，在用伏阻法和安阻法測電源電動(dòng)勢和內(nèi)阻實(shí)驗(yàn)中，可用解析法，也可用圖像法（圖像法橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)可以用不同量）。

再如，用半偏法測電流計(jì)內(nèi)阻、測電壓表內(nèi)阻時(shí)，處理數(shù)據(jù)可以用半偏法，可以用比較法，也可以用圖像法。

五、對(duì)提高測量結(jié)果精確性、保證測量安全性進(jìn)行創(chuàng)新

在電學(xué)實(shí)驗(yàn)中，經(jīng)?？疾樵O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的“安全性原則”和“精確性原則”，這類題離不開儀器的選擇、電路連接和設(shè)計(jì)。根據(jù)題中已知儀器的參量和要求進(jìn)行創(chuàng)新，解決辦法是注重基本實(shí)驗(yàn)技能的訓(xùn)練，分析細(xì)節(jié)，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造思維能力。

例如，根據(jù)題中的已知條件和實(shí)驗(yàn)具體要求，對(duì)題中給的電表進(jìn)行改裝，達(dá)到測量要求再接入電路進(jìn)行測量;在電路中串聯(lián)或并聯(lián)一個(gè)電阻對(duì)電路中的電源、電表等電學(xué)器件進(jìn)行保護(hù);為了提高測量精度，要對(duì)測量數(shù)據(jù)進(jìn)行放大或縮小，要在電路中串聯(lián)或并聯(lián)一個(gè)電阻。

六、結(jié)語

從上面兩個(gè)例題的分析、解答、歸納和總結(jié)提升來看，電學(xué)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新題都是設(shè)置了新的情境，在實(shí)驗(yàn)原理、方法理解、分析過程、儀器使用、數(shù)據(jù)處理、誤差分析等方面進(jìn)行考查，考查內(nèi)容在原有的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了創(chuàng)新，目的是考查學(xué)生運(yùn)用已學(xué)的知識(shí)處理新情境問題的遷移能力。只有找出實(shí)驗(yàn)試題的創(chuàng)新點(diǎn)，才能找到正確結(jié)題的切入點(diǎn)，抓住解題規(guī)律，才會(huì)事半功倍。

參考文獻(xiàn)：

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