《注重思维过程的电学实验复习》林明华,福州教育研究院,特级教师

1、林林 明明 华华福州教育研究院福州教育研究院 院长、特级教师院长、特级教师教育部中小学骨干教师培训教育部中小学骨干教师培训“国培专家国培专家” 长期以来，电学实验都是高考的热点和重点，其原因之一就因它是理论和经验并重的典范。 命题者偏爱电学实验题，主要是考虑到它既能全面考查学生的电学基础知识，又能综合考查学生的综合能力，以及严谨、周密的思维品质 一、考试大纲对电学实验的要求二、高考电学实验复习的基本策略 注重思维过程，凸显实验原理与方法的复习。一、考试大纲对电学实验的要求 实验七：测定金属的电阻率实验七：测定金属的电阻率 （同时练习使用螺旋测微器）（同时练习使用螺旋测微器） 实验八：描绘小电珠

2、的伏安特性曲线实验八：描绘小电珠的伏安特性曲线 实验九：测定电源的电动势和内阻实验九：测定电源的电动势和内阻 实验十：练习使用多用电表实验十：练习使用多用电表 实验十一：传感器的简单使用实验十一：传感器的简单使用1. 要求会正确使用的仪器主要有: 刻度尺、游标卡尺、螺旋测微器、 天平、秒表、弹簧秤、 电火花计时器或电磁打点计时器、 电流表、电压表、多用电表、 滑动变阻器、电阻箱等。2. 要求认识误差问题在实验中的重要性（1）了解误差的概念,知道系统误差和偶然误差;（2）知道用多次测量求平均值的方法减小偶然误差;（3）能在某些实验中分析误差的主要来源;（4）不要求计算误差。3. 要求知道有效数字

3、的概念,会用有效数字表达直接测量的结果。 间接测量的有效数字运算不作要求。 要会运用所学的知识和使用过的器材做要会运用所学的知识和使用过的器材做创新性的实验。创新性的实验。创新的前提是具备扎实的基础创新的前提是具备扎实的基础理论与实验技能。理论与实验技能。测量电路测量电路电路设计电路设计供电电路供电电路 引导学生正确、合理的设计电路和选择器材，以提高学生的综合思维能力。 二、高考电学实验复习的基本策略 “伏安法测电阻实验”不仅仅是一个实验，而是整个电学实验的基础。 只要掌握好这一实验，其它诸如：测量金属的电阻率、测量小灯泡的额定功率、描绘小灯泡的伏安特性曲线等实验均可迎刃而解。 1、供电电路的

4、设计思路与器材选择 电学实验必然涉及到如何进行供电的电学实验必然涉及到如何进行供电的问题。在高中物理实验中，采用的供电电问题。在高中物理实验中，采用的供电电路无外乎路无外乎“限流接法限流接法”和和“分压接法分压接法”两两种，而适用于高内阻电源的种，而适用于高内阻电源的“分流接法分流接法”供电在高中阶段不作为要求。供电在高中阶段不作为要求。 （1） “限流接法”供电的特点与选择依据 当供电电路的输出端a、b接上负载电阻Rx后，在不计电池内电阻情况下，就只是滑动变阻器R与负载电阻 Rx的串联分压。 ab负载电阻Rx两端的电压可调范围为： EERRRUxx0 对某些需要电压从零起调的实验（如描绘小灯

5、泡的伏安特性曲线实验）来说，就不能采用该电路供电。 不过，由于限流接法的供电具有电路结构简单、操作简便、耗电量少等特点，在实验中还是经常被采用。 在什么情况下选用限流接法供电呢？或者说，采用限流接法供电时，滑动变阻器和负载电阻的阻值有何搭配的要求？ 单从电压可调范围看，滑动变阻器的全电阻 R 越大，调压的范围就越宽。 EERRRUxx0假设：电源电压恒为假设：电源电压恒为E= 10V，负载，负载Rx=5当选不同阻值当选不同阻值 R 的滑动变阻器时，其负载两端电压的的滑动变阻器时，其负载两端电压的调节范围如下表所示。调节范围如下表所示。 是不是选择滑是不是选择滑动变阻器越大动变阻器越大就越好呢？

6、就越好呢？事实上，如果真是选用事实上，如果真是选用1000的滑动变阻器与的滑动变阻器与5的负载搭配，根本就谈不上好不好的问题，而是的负载搭配，根本就谈不上好不好的问题，而是根本就无法进行实验。根本就无法进行实验。 假设：假设：1000调节范围的总长度为调节范围的总长度为 10cm。滑过滑过 9 cm，负载电压只是从，负载电压只是从0.05V增大到增大到0.48V；滑过滑过9.9cm，负载电压才升高到，负载电压才升高到3.33V； 在余下的在余下的 1 毫米范围内，能精确调出毫米范围内，能精确调出4V、5V、6V吗？吗？ 因此，滑动变阻器的电阻值选大一些，因此，滑动变阻器的电阻值选大一些，可以增

7、大电压的调节范围，但绝非越大越可以增大电压的调节范围，但绝非越大越好！好！ xRR)52( 根据实践经验，以滑动变阻器的电阻根据实践经验，以滑动变阻器的电阻值值 为佳搭配。为佳搭配。 （2） “分压接法”供电的特点与选择依据 当输出端a、b接上负载电阻Rx后，在不计电池内电阻情况下，是变阻器左端阻值R左与负载电阻Rx并联后，再与变阻器右端阻值R右串联分压 负载电阻Rx两端的电压可调范围为： EU00 对那些需要电压从零起调的实验（如描绘小灯泡的伏安特性曲线实验），就只能采用该电路供电。 是否因输出电压范围总是从 0E ，就可以随便选择滑动变阻器的电阻值呢？ 在选用分压接法供电时，滑动变阻器和负

8、载电阻也有搭配的要求吗？ 仍假设电源电压恒为仍假设电源电压恒为E=10V，负载，负载Rx=5，当选用，当选用阻值阻值R=1000的滑动变阻器时，该供电电路会怎的滑动变阻器时，该供电电路会怎样对负载供电呢？样对负载供电呢？ P 滑至中央时， 空载电压5.0V 接上负载接上负载Rx后，输后，输出电压还是出电压还是5.0V吗？吗？ 也就是说，这个供电电路在负载断开也就是说，这个供电电路在负载断开时，供电电压为时，供电电压为 5.0V，在负载接上时供电，在负载接上时供电电压突然就下降为电压突然就下降为 0.10V。只能说明这个供电电路的供电能力太差！只能说明这个供电电路的供电能力太差！这说明什么？这说

9、明什么？事实上，如果真是选用事实上，如果真是选用1000的滑动变阻器与的滑动变阻器与5的负载搭配，也是无法进行实验。的负载搭配，也是无法进行实验。 假设：假设：1000调节范围的总长度为调节范围的总长度为 10cm。滑过滑过 9 cm，负载电压只有，负载电压只有0.48V；滑过滑过9.9cm，负载电压才升高到，负载电压才升高到3.33V； 同样，在余下的同样，在余下的 1 毫米范围内，也是无法毫米范围内，也是无法精确调出精确调出4V、5V、6V。 假如，把滑动变阻器的阻值与负载的阻值对调，即滑假如，把滑动变阻器的阻值与负载的阻值对调，即滑动变阻器的阻值为动变阻器的阻值为5.0，而负载的阻值，而

10、负载的阻值1000，供电，供电的情况又将如何呢？的情况又将如何呢？ P 滑至中央时， 空载电压5.0V 接上负载接上负载Rx，输，输出电压也是出电压也是5.0V 负载电压几乎等于空载电压意味着什么？ 说明：该供电电路的输出电压与负载无关，说明：该供电电路的输出电压与负载无关，几乎完全由滑动片几乎完全由滑动片P的位置决定。只要滑动片的位置决定。只要滑动片P的位置保持不动，其输出的电压即恒定不变。的位置保持不动，其输出的电压即恒定不变。 供电能力强供电能力强的表现！的表现！ 那么，在分压接法的供电电路中，滑动变那么，在分压接法的供电电路中，滑动变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、 造成浪费！造成浪费！ 在分压接法中，滑动变阻器的电阻值选小一些，在分压接法中，滑动变阻器的电阻值选小一些，可以增强供电能力，也便于精细调节电压，但并非越可以增强供电能力，也便于精细调节电压，但并非越小越好。小越好。 2.0A5.0 10V干路IA005.01000 5.0V负载I 根据实践经验，以滑动变阻器的电阻根据实践经验，以滑动变阻器的电阻值值 为佳搭配。为佳搭配。 案例：案例：在描绘标有在描绘标有“2.5V 0.3A”字样小灯泡的字样小灯泡的伏安特性曲线实验中，使用伏安特性曲线实验中，使用3V干电池供电，最干电池供电，最好选什么规格的滑动变阻器？好选什么规格的滑动变阻器？ xRR)51

12、21(以上意见仅供参考，不足之处请批评指正！林林 明明 华华福州教育研究院福州教育研究院 院长、特级教师院长、特级教师教育部中小学骨干教师培训教育部中小学骨干教师培训“国培专家国培专家” 2、测量电路的设计思路与器材选择 根据电阻的定义式根据电阻的定义式 可知，只要可知，只要测出待测电阻两端的电压测出待测电阻两端的电压 U 和通过待测电阻和通过待测电阻 R 的电流的电流 I，就可以得到待测电阻，就可以得到待测电阻 R 的阻值大的阻值大小。小。 IUR AVIURx测xxxIUR真（1） “内接法内接法”测量的特点与选择依据测量的特点与选择依据 电流表示数电流表示数IA就是流过待测电阻就是流过待

13、测电阻的电流值的电流值Ix，电流的测量没有引，电流的测量没有引入系统误差；入系统误差；“内内”接法适合测量接法适合测量“大大”电阻，测量结电阻，测量结果比真实值果比真实值“大大”。 电压表示数电压表示数UV并不是待测电阻两并不是待测电阻两端电压值端电压值Ux，即电压的测量引入，即电压的测量引入了系统误差，了系统误差，UV比比Ux多出电流多出电流表的分压表的分压UA。 （2） “外接法外接法”测量的特点与选择依据测量的特点与选择依据 “外外”接法适合测量接法适合测量“小小”电阻，测量结电阻，测量结果比真实值果比真实值“小小”。 电压表示数电压表示数UV就是待测电阻两端就是待测电阻两端的电压值的电

14、压值Ux，电压测量没有引入，电压测量没有引入系统误差；系统误差；电流表的示数电流表的示数IA并不是流过待测并不是流过待测电阻的电流值电阻的电流值Ix，电流测量引入，电流测量引入了系统误差，了系统误差，IA比比Ix多出电压表的多出电压表的分流分流IV。 满足满足 ，待测电阻属，待测电阻属“大大”电阻，应该采用内接法进行测量；电阻，应该采用内接法进行测量；VAxRRR 满足满足 ，待测电阻属，待测电阻属“小小”电阻，应选用外接法进行测量。电阻，应选用外接法进行测量。VAxRRR（3） 测量电阻的特殊方法测量电阻的特殊方法 一是将电流表、电压表的反向使一是将电流表、电压表的反向使用，即用电压表测电流

15、或用电流表测用，即用电压表测电流或用电流表测电压。这里需要已知所用电表的内阻。电压。这里需要已知所用电表的内阻。约约0.4V0.375V电流表是能知道流过电流表是能知道流过自身电流的特殊电阻。自身电流的特殊电阻。电压表是能知道自身电压表是能知道自身两端电压的特殊电阻。两端电压的特殊电阻。（3） 测量电阻的特殊方法测量电阻的特殊方法 二是通过已知电阻测量电压或电二是通过已知电阻测量电压或电流。比如：使用两只电流表与定值电流。比如：使用两只电流表与定值电阻进行测量。阻进行测量。（3） 测量电阻的特殊方法测量电阻的特殊方法 三是运用串、并联电路的特点，三是运用串、并联电路的特点，巧测电表内阻。巧测电表内阻。 如：半偏法测量电流表的内阻。如：半偏法测量电流表的内阻。半偏法测量电流表的内阻半偏法测量电流表的内阻关键：关键： 提供恒流源提供恒流源系统误差：系统误差： 测量结