＜专题十＞高考物理电学实验复习技巧

高考物理电学实验技巧 提到物理，很多理科生都感觉比起化学、生物可是困难多了，而电学实验更因为难度高而让一些同学在学习中感到头疼，电学实验占据着相当重要的地位，几乎年年考，但每年都有许多考生在此留下了遗憾。虽然考生感觉难度大，但电学实验以其独特的魅力，赢得了高考出题人的青睐，自从实行理综考试以来，几乎年年均考查到了电学实验；考试大纲要求的实验有19个，其中10-17个均为电学实验。可见电学实验在高考中所占地位非同一般。 一、考查全面重点突出 从总体上来说，物理实验的考查在高考中是以笔试的形式进行的，通过考查一些设计性的实验来鉴别考生实验的“迁移”能力、创新能力。实验部分在理综试卷中占有较大的比重(20分左右)，区分度和难度较高。通过对高考电学实验试题的，可以看出当前高考实验考试的总趋势是：一是利用考纲所列实验的原理、方法和器材重新组合，推陈出新；二是把重点放在实验和器材测量的原理、选取、数据处理和结论获取的方法上；三是适量编制设计性、探究性实验，进行考查。 由于连续几年高考中均出现电学实验，虽然形式多样，但考查的特点还是比较清晰的。比如实验能力的考查多集中在电阻的测量上。这几年高考，几乎所有电学实验都是以测电阻为背景，如2003年考查伏安法测电阻；2004年、2006年分别考查电内阻的测量；2005年考查电源电动势和内阻的测量。归根结底考查的实验原理均为欧姆定律R=U/I，因此对电阻的测量，都是在用各种方法寻找电压U和电流I。 实验试题的设计体现了“来源于教材而不拘泥于教材”的原则。2004年全国卷Ⅰ第22题考查电压表内阻的测量方法——半偏法，直接来源于课后学生实验——把电流表改装成电压表，但改测电压表内阻，考查了考生的实验迁移能力；2005年全国卷测电源的电动势和内电阻，也是直接来源于课后学生实验——测定电源电动势和内电阻实验，但又高于课本，不能照搬课本实验电路图。只有真正理解了实验原理和实验方法，才能达到灵活运用学过的物理理论、实验方法和实验仪器去处理实验相关问题的能力。由此可见课本实验不可小视，并且要从中有所提升。 能力的考查比较全面，其中涉及误差的分析、利用图像或公式处理数据、有效数字的保留等，对实验分析能力、利用数学解决物理问题的能力都有所考查。 注重对考生课后实验的挖掘，同一实验器材，完成不同的实验目的——一“材”多用，如2002年全国高考29题，考查利用“验证玻意耳定律”的器材来测量大气压强p；2007年全国高考理综卷Ⅰ22题，考查利用“验证动量守恒定律”的器材验证弹性碰撞的恢复系数等。 二、复习注重超越课本 根据以上分析可知，高考实验考查能力较高，那种只背实验原理、步骤、讲实验操作，过程的做法已经不能很好地应对今天的高考了。仅仅能独立完成大纲规定的实验，知道怎样做还不够，还应该搞清楚为什么要这样做，要真正领会其中的实验方法，并会将这些方法迁移到新的情景中去，在新的情景中加以应用。 1、平时复习中要注意养成良好的学习物理实验的习惯。有些同学侧重实验的记忆，把课本上实验原理、实验器材和实验步骤等，像背语文课文一样背诵下来，这样是绝对不可能提高实验能力的。这样做极不适应现代高考实验考查的趋势，因为高考物理实验考查的是实验的迁移能力、创新能力等。对于一个实验正确的学习方法是遵从以下步骤：明确目的——尝试原理——选择器材——确定步骤——误差分析。学习每一个实验，先明确实验目的，然后根据实验目的结合自己所学的知识，尝试思考实验原理。围绕敲定的实验原理，确定实验器材，根据实验器材，确定实验步骤，依据实验原理进行误差分析。因为同一实验目的，它可能存在不同的实验原理，所以我们通过尝试思考实验原理的方法，就可以拓宽思路，提升能力。如果同学们提前知道实验原理，就可能造成先入为主的思维定势，使思维受到限制。 2、重视课后实验，熟悉基本实验器材的使用，争取最大限度地做到：一“材”多用。如利用测定金属丝的电阻率实验器材，能否测定极细金属管的内径；利用描绘小灯泡伏安特性曲线的实验器材，能否测定小灯泡的额定功率。演示实验、做一做等也在高考考查范围之内，同样也要注意挖掘。 3、平时多一些实验方法及题型，积累一定的经验，作为自己知识的储备，增强解决实验问题的能力和信心。如对电阻的测量有很多种方法：伏安法、替代法、半偏法、多用电表测电阻等；测定电源电动势和内电阻的方法有：伏安法、两阻(定值电阻)一表(电压表或电流表)法、一箱(电阻箱)一表(电压表或电流表)法等。 4、对于同一电路中出现的“双调节”或“双控制”元件，要注意操作步骤。如用半偏法测电流表内阻的实验步骤的考查，就曾在高考题中出现，因为此电路中存在两个变阻器、两个电键，必定有调节和操作上的先后顺序。还有研究自感现象中的通电自感实验时也涉及到了两个滑动变阻器先后调节的问题。 5、树立“转换”思想，开拓设计性实验的思路。要提高设计实验的能力，必须认真体会物理教材上的实验思想。其实物理教材蕴含大量的实验设计方法。善于联想对比，拓宽知识，如利用半偏法测定了电流表的内阻，那能不能利用半偏法测定电压表的内阻；根据电流表的校表电路，能不能设计电压表的校表电路。 6、掌握一些实验技巧：如电表是会“说话”的电阻： ①对一些特殊电阻的测量，如电流表或电压表内阻的测量，电路设计有其特殊性：一是要注意到其自身量程对电路的影响，二是要充分利用其“自报电流或自报电压”的功能。测电压表内阻时无需另并电压表，测电流表的内阻时无需另串电流表。 ②当电表内阻已知时，电表功能可以互换。如当电流表内阻已知时，可以根据电流表读数乘以其内阻得到电流表两端的电压，此时电流表可当电压表使用；同理，当电压表内阻已知时，电压表可当电流表使用。利用这一特点，可以拓展伏安法测电阻的方法，如：伏伏法，安安法等。 7、多进实验室进行实际操作，熟悉各种实验器材的使用。理论与实践相结合，才能更好地提高实验能力。实验题中的实物连线，实验步骤排序、纠错、补漏、实验误差的排除、错误的纠正等。这些都是实际操作的全真模拟，如果学生没有动手做过这些实验就不可能答好这些问题。复习中，可开放学校的实验室，让学生重温实验的实际操作。但由于某些学校实验条件不足，不是实验器材缺乏，就是实验器材陈旧，使得测量误差很大，限制了学生实验能力的提高。另外，实验室器材种类少、规格少，也不能满足当今高考的要求。还有高考试题中所给实验器材的规格，实验室也不一定具备。故建议有条件的家庭或学校安装仿真物理实验室，利用仿真物理实验室来完成实际中完成不了的实验，也可通过反复改变某一元件的参数值，看其对整个电路的影响。这样对考生解决实验问题有着非常大的帮助。 总之，实验也并不单纯是实验这一模块的问题，学生物理实验能力的高低往往与学生物理知识、思想、方法的储备密切相关，要从根本上提高物理实验能力，必须全面提高物理水平。 三、附：高考物理电学实验器材注意事项 电学实验器材和电路选择的总原则是安全、精确和方便。器材的选择与实验所用的电路密切相关，因此在选择器材前首先要根据实验目的和实验原理设计测量精确、安全可靠、操作方便的实验电路，再根据实验电路的需要选择器材。选择器材和电路时，为了使测量结果精确和保护仪器，应遵循以下原则： □电表。通过估算确定电路中通过电流表的最大电流和电压表两端的最大电压，所选择的电表的量程应大于最大电流和最大电压，以确保电表的安全；通过估算确定电路中通过电流表的最小电流和电压表两端的最小电压，选择的电表的量程应使电表的指针摆动的幅度较大，一般应使指针能达到半偏以上，以减小读数的偶然误差，提高精确度；在满足上述两个条件以后，在不计电表内阻时应选用内阻较小的电流表和内阻较大的电压表，以减小系统误差。 □变阻器。所选用的变阻器的额定电流应大于电路中通过变阻器的最大电流，以确保变阻器的安全；为满足实验中电流变化的需要和调节的方便，在分压式接法中，应选用电阻较小而额定电流较大的变阻器，在限流式接法中，应选用电阻与待测电阻比较接近的变阻器。 □电源。一般可以根据待测电阻的额定电流或额定电压选择符合需要的直流电源。 □分压式和限流式电路。在选择变阻器分压式和限流式电路两种接法时应优先考虑限流式接法，为了能使实验正常进行和操作方便，当电路中的最小电流仍然超过电流表的量程或待测电阻的额定电流，或者待测电阻远远大于变阻器的最大值或者需要在待测电阻两端从零开始测量电压、电流时采用分压式接法。 四、补充例题 例1、右图为滑线变阻器在电路中的两类连接形式——限流式接法和分压式接法。结合电路思考什么情况下选择限流式接法？什么情况下选择分压式接法？ a．负载电阻电压要求变化范围较大，且从零开始连读可调，应选分压电路. b．若负载电阻的阻值Rx远大于滑动变阻器总阻值R，应选分压电路. c．若负载电阻的阻值Rx小于滑动变阻器总阻值R或相差不多，且没有要求电压从零可调,应选限流电路. d．两种电路均可时限流电路优先，因为限流电路总功率小。 e．特殊问题要具体问题具体分析. . 例2、用伏安法测量定值电阻的阻值，备用器材如下：补 待测电阻 Rx    (阻值约为25KΩ) 电 流 表 A1  (量程 100μA，内阻约为 2KΩ) 电 流 表 A2  (量程 500μA，内阻约为 300Ω) 电 压 表 V1  (量程 10V，内阻约为 100 kΩ) 电 压 表 V2  (量程 50V，内阻约为 500 kΩ) 滑动变阻器R  (最大阻值 1 kΩ) 电    源 E    (电动势 15V，允许通过的最大电流 1A) 为了尽量减小实验误差，要求测多组数据。 (1)电流表应选____A2_____，电压表应选__V1________。 (2)在右边的虚线框内画出实验电路图。 【点评】  伏安法是测量电阻的一种最基本方法，其原理是部分电路欧姆定律，原理式为 ．分析这类问题的关键是从电表配置要合理选择器材，从对电路的控制和调节选择控制电路．并联分流和串联分压原理是伏安法测电阻原理的迁移和延伸， 【解析】（1）器材选择（测量电路）    从减小电表读数引起的偶然误差的角度考虑，两电表及电表与电源间的配置要合理．注意到电源电动势远小于电压表V2的量程，而跟电压表V1的量程较接近，若选用电压表V2来测量电压，其最大偏转量达不到量程的 ，读数时偶然误差太大，所以选用V1较恰当； 而此时通过电流表的最大电流 ，因此，电流表A2与V1配置较好． （2）电路选择（控制电路） 电路选择主要从滑动变阻器对电路的控制和调节的角度考虑．若采用限流电路控制，注意到测量部分的总电阻约为20kΩ，远大于滑动变阻器的总电阻（1kΩ），要保证电表安全，变阻器分得的电压至少为5V，阻值应调到10kΩ，显然，限流不能起到保证电表安全的作用，更不能进行有效调节，所以，只能采用分压电路控制，实验电路如图所示．