林樹陽

(福建省廈門市廈門英才學(xué)校)

在高中物理各類試卷中,實(shí)驗(yàn)題是必考類型,其中電學(xué)實(shí)驗(yàn)題又是實(shí)驗(yàn)題的重要組成部分.實(shí)驗(yàn)題的命制雖然也遵循源于課本的命題原則,但由于其考查形式靈活,每年都能推陳出新,在考查學(xué)生創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力的同時(shí),體現(xiàn)物理學(xué)科核心素養(yǎng)要求,要求考生具備更強(qiáng)的知識(shí)靈活運(yùn)用能力和熟練的實(shí)驗(yàn)操作能力.下面,我們就結(jié)合例題來看看電學(xué)實(shí)驗(yàn)題的3個(gè)命題類型,以期對大家的備考有所啟發(fā).

1 常規(guī)綜合性考查

常規(guī)綜合性考查是最常見的命題方式,命題者通常會(huì)將實(shí)驗(yàn)操作步驟、儀器選擇、誤差分析、故障排除等與實(shí)驗(yàn)相關(guān)的重要考點(diǎn)結(jié)合在一起進(jìn)行設(shè)計(jì),以實(shí)現(xiàn)對考生多種能力的考查.對于該類型試題,解題策略是先認(rèn)真審題,運(yùn)用化整為零的方法,將單一原理一一分離出來,然后分析將它們結(jié)合在一起的具體聯(lián)系,最后運(yùn)用對應(yīng)知識(shí)點(diǎn)解題即可.

例1 如圖1所示,是小明所在實(shí)驗(yàn)小組為測定電源電動(dòng)勢和內(nèi)阻而設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)電路,其中用到的實(shí)驗(yàn)器材如下:

圖1

A.待測干電池(電動(dòng)勢約為3V)

B.電流表(量程0.6A,內(nèi)阻小于1Ω)

C.變阻箱(0～99.99Ω)

D.滑動(dòng)變阻器(0～10Ω)

E.單刀雙擲開關(guān)、單刀單擲開關(guān)、若干導(dǎo)線

(1)實(shí)驗(yàn)小組正確連接電路后,通過控制開關(guān)狀態(tài)測量得到電流表內(nèi)阻約為0.20Ω,試分析產(chǎn)生測量誤差的原因.

(2)簡要寫出通過以上器材和電路圖測定電源電動(dòng)勢和內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)步驟.

本題考查學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作、儀器的選擇及誤差分析能力,是最常見的綜合性考查方式.本題的難點(diǎn)在于需要熟悉“半偏法”.

(2)測定電源電動(dòng)勢和內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)步驟:①斷開單刀單擲開關(guān),單刀雙擲開關(guān)接D,調(diào)節(jié)變阻箱至合適阻值,讀出電流表示數(shù)和變阻箱讀數(shù);②調(diào)節(jié)變阻箱的阻值,重復(fù)上述步驟5次.

2 加入陌生儀器的考查

有時(shí)候,命題者會(huì)加入某個(gè)我們在學(xué)習(xí)中沒有使用過的陌生儀器(通常都是在我們已掌握的知識(shí)基礎(chǔ)上能夠理解的),以增加試題的難度.該類型試題旨在考查學(xué)生靈活利用所學(xué)原理和方法,在題目限定的范圍內(nèi)激發(fā)思維,最終得出符合要求的解決方案的能力.解答這一類型的試題,熟練掌握教材中的基本實(shí)驗(yàn),并且真實(shí)動(dòng)手操作過,對實(shí)驗(yàn)原理有清晰的認(rèn)知是關(guān)鍵.審題時(shí)通過分析、類比、變換等思維方法,找到涉及的課本原型或常規(guī)解題方法,便能得出解題方案.

例2 如圖2 所示,是某實(shí)驗(yàn)小組按照要求在降溫過程中測量95～20 ℃之間多個(gè)溫度下熱敏電阻RT的阻值的實(shí)驗(yàn)所用器材.其中熱敏電阻RT放在控溫箱M中;電流表最大量程為6mA,內(nèi)阻數(shù)十歐姆;電源E是直流電源,電動(dòng)勢約3V,內(nèi)阻很小;R是電阻箱,最大阻值999.9Ω;另有1個(gè)開關(guān)和若干導(dǎo)線.

圖2

(1)用筆畫線代表導(dǎo)線,完成實(shí)驗(yàn)電路圖的連接.

(2)以下是實(shí)驗(yàn)步驟,請完成其中的填空.

①正確連接電路.

②調(diào)節(jié)控溫箱的溫度到95 ℃.

③調(diào)節(jié)電阻箱初值,保證電路中各個(gè)儀器安全.

④閉合開關(guān),調(diào)節(jié)電阻箱,記錄電流表的示數(shù)I0,并記錄________.

⑤將RT的溫度降至T1(20℃＜T1＜95℃),調(diào)節(jié)電阻箱使電流表讀數(shù)為______,記錄______.

⑥當(dāng)熱敏電阻的溫度為T1時(shí),其電阻值RT1＝_________.

⑦逐步降低T1的數(shù)值,直至20 ℃;在每一溫度下重復(fù)步驟⑤⑥.

雖然題目敘述內(nèi)容很多,還有溫控箱這類我們平時(shí)很少接觸的實(shí)驗(yàn)器材,但是仔細(xì)審讀題目我們就能發(fā)現(xiàn),該題目難度不大,是簡單的歐姆定律結(jié)合電阻的阻值與溫度的關(guān)系的實(shí)驗(yàn).

(1)由于不知道電流表內(nèi)阻,因此不能將其替代為電壓表,只能選擇電流表與熱敏電阻串聯(lián).電阻箱代替滑動(dòng)變阻器控制電路,可作為限流器.由此可知實(shí)驗(yàn)電路就是一個(gè)簡單的串聯(lián)電路,如圖3所示.

圖3

(2)審題可知,熱敏電阻在95 ℃時(shí)的阻值可認(rèn)為是已知量.讀出電流表示數(shù)I0,可設(shè)此時(shí)電路中的總電阻為R′0,則可知R′0＝RT＋RA＋R0＋r,上式中RT為95 ℃時(shí)熱敏電阻的電阻值,RA為電流表內(nèi)阻,R0為電阻箱的讀數(shù),r為電源內(nèi)阻.現(xiàn)將RT的溫度降為T1,調(diào)節(jié)電阻箱,若保持電流表讀數(shù)仍為I0,則表明電路中總電阻仍為R′0,此時(shí)有R′0＝RT1＋RA＋R1＋r＝RT＋RA＋R0＋r,則RT1＋R1＝RT＋R0,即RT1＝RT＋R0－R1.這就是我們常用的替代法.

3 利用“反常”處理的數(shù)據(jù)進(jìn)行考查

這類題型中數(shù)據(jù)的處理與教材中常見的處理方式完全不同,所謂“反常必有妖”,我們只要抓住這個(gè)“妖”,即物理的本質(zhì),就能將其轉(zhuǎn)變?yōu)槌Ｒ姷脑囶}類型進(jìn)行解題.

圖4

圖5

(1)由圖像a可知電池a的電動(dòng)勢Ea＝_________V,內(nèi)阻ra＝________Ω.

(2)若用同一個(gè)電阻R先后與電池a及電池b連接,則兩電池的輸出功率PaPb,兩電池的效率ηaηb.(填“＞”“＝”或“＜”).

本題數(shù)據(jù)處理與我們常見的U-I圖像不同,而是一反常規(guī)給出了電壓倒數(shù)與電阻倒數(shù)圖像.看似棘手,其實(shí)仔細(xì)分析就能發(fā)現(xiàn),這并沒有超出“用伏阻法測電源的電動(dòng)勢和內(nèi)阻”的知識(shí)范圍.

限于篇幅,還有一些典型題型,比如考查實(shí)驗(yàn)操作步驟、考查實(shí)驗(yàn)誤差分析等,在此不再列舉,但是不論哪種類型,只要能夠熟練掌握電學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本原理且可以靈活遷移應(yīng)用,結(jié)合各種處理方法,就可以快速準(zhǔn)確解答問題.