电学热点专题系列教学法
作者：福建省永泰县第二中学 金尔慈 350703 电话：[1**********] 0591-24877756 邮址：[email protected]
物理实验在历年高考中相对来说是属于比较稳定的、赋分较高的一块内容，是“理综”考试中一个举足轻重的“大户”。有关统计资料表明，近几年全国各地高考实验题的难度系数约在0.35—0.55之间，对全体考生都有较好的区分度。大约有10％左右的考生不得分，有70％的考生得分还不到实验题分值的一半。主要原因是随着高考改革的深入，高考中重复课本中实验内容的试题已逐渐减少，取而代之的是具有设计性的创新性实验。此类试题能综合考查创造性地应用已学的知识、方法、原理，灵活处理陌生实验问题的能力。要求考生深刻理解大纲规定的每个实验原理的同时，学会设计实验的思想和方法，提高自己的创新能力，已成为高考实验考查的热点。因而也是我们在备考中不得不倾注全力关注的内容之一。
那么，怎样的实验复习才会收到良好的效果呢？我们在实验复习中千万不要只是把实验内容简单地“过”一遍，而应该从不同的角度进行思路的拓展，对基本方法和技能进行强化，帮助学生构建起一定的实验系统，形成现实的应变能力。比如电学实验中，在“电阻的测量”这个高考热点上，课本上是“伏安法测电阻”、“测电源的电动势和内阻”、“半偏法测电流表的内阻”，而在我们课堂训练中就可变为“尽可能精确地测电阻”（无原理误差的）、“测电流表的内阻”、“测电压表的内阻”，所采用的原理仍然是伏安法，或闭合回路的欧姆定律，或半偏法，但却与课本原理大同小异，在教学中我们要找到其中的共同点，分析不同点，训练学生的思维能力。
例如，课本上伏安法是有误差的，如果用两块电流表（其中一块已知内阻）
去测小电阻，就可将已知内阻的电表当电压表用，这样可让实验无原理误差。如果是测电表的内阻，注意电表本身就可表示自身的电流或电压。有些题是不计电源内阻的，就可将被测电阻等效看成电源内阻，用测电源的电动势和内阻的原理——闭合回路欧姆定律、两组数据解决。以“半偏法测电压表的内阻”的考查为例，课本上只有“半偏法测电流表的内阻”，变阻器用的是限流接法，所选变阻器阻值远大于电流表的内阻，电阻箱的最大阻值要略大于电流表的内阻，以便于较精确地提供和电流表相同的阻值，本实验利用电阻箱与电流表并联分流，测量值偏小。但是，若要用“半偏法测电压表的内阻”，原理应怎样?变阻器应怎样？电路图应怎样？步骤应怎样？误差又怎样？
【例1】量程为800mV的电压表的电阻约为900Ω，为了比较准确地测量其内阻，根据下列可供选择的实验器材，请画出实验的电路图，应该选用哪些实验器材，并分析测量结果偏大还是偏小。
(A)待测电压表：量程为800mV，内阻约900Ω。
(B)滑动变阻器：最大阻值200Ω，额定电流1A。
(C)滑动变阻器：最大阻值10Ω，额定电流2A。
(D)电阻箱：最大阻值9999.9Ω，阻值最小改变量为0.1Ω。
(E)电阻箱：最大阻值99.9Ω，阻值最小改变量为0.1Ω。
(P)电池组：电动势约12V，内阻约1Ω。
(G)导线和开关等。
首先应该让学生明确，这是一道电学设计性实验，引导学生通过与“半偏法测电流表的内阻”比较、分析发现实验的设计思想是“半偏法”：用“改变后的电流替代原来的电流”的“等效替代法”来测量电压表的内阻Rv，可发现与“半偏法测电流表的内阻”基本原理大致相同，即先通过开关将电阻箱R不接人电路时调节R1滑片使电压表满偏，保持R1滑片位置不动再接入电阻箱R并调节电阻箱R的阻值使电压表半偏，此时电阻箱的阻值约等于电压表的内阻。但实验的基本细节几乎全部相反（如图1和图2），即电阻箱应与电压表串联，用
开关与电阻箱并联，开关的通断控制电阻箱是否在电路中起作用；变阻器应用分压接法，且变阻器的阻值应远小于伏特表的阻值；由于电阻箱与电压表串联后导致测量电路分到的电压变大，故电压表半偏时实际电阻箱分去的电压大于U，故测量值偏大。
2
其次，在电学设计性实验中我们画电路图应该从“供电电路”和“测量电路”两方面去考虑。
（1）供电电路
供电电路的设计原则是：给测量电路或用电器提供安全工作的电压和电流。一般由滑动变阻器完成控制，其连接方法有“限流法”和“分压法”，它们之间的差异是：
①“限流法”由于接法简单，电路能量消耗小，当两种电路都能满足要求时，一般优先选择“限流接法”。
②必须考虑选用“分压法”的情形有：
a．用电器阻值远大于滑动变阻器的总阻值；
b．“限流接法”中，最小电流或电压超过用电器额定电流或额定电压，或超过电流表电压表的量程；
c．要求用电器的电压从零开始调节，或者要求电压变化范围大（多测几组值）；
d．用电器上的铭牌标志不清。
用半偏法测电流表 内阻的实验电路 图1 用半偏法测电压表内阻的实验电路 图2
（2）测量电路
测量电路的设计原则是：在满足安全工作的前提下，尽可能减小测量误差。 ①当待测电阻比较小时采用外接法，当待测电阻比较大时采用内接法。在具体实验中，也可用试触法来判定到底用内接法还是外接法。②还可考虑采用“半偏法”或“替代法”。
通过以上分析，本实验选择器材问题就迎刃而解了：滑动变阻器的阻值要远小于电阻箱的阻值，实验器材除了必须的（A），（F），（G）外，还要选（C）与（D）。
【例2】用以下器材可测量待测电阻Rx的阻值：
待测电阻Rx：阻值在3000Ω～4000Ω之间；电源E：电动势约为6.0 V，内阻可忽略不计；毫伏表V1：量程为0～500mV，内电阻r1＝1000Ω；电压表V2：量程为0～10V，内电阻r2＝10kΩ～12kΩ之间；电阻箱R0：阻值范围0～999.9Ω；滑动变阻器R：最大阻值为150 Ω；单刀单掷开关S、导线若干。
1（1）测量中要求两块电表的读数都不小于其量程的，并能测量多组数据，3
请在方框中画出测量电阻Rx的实验电路原理图（原理图中的元件用题干中相应的英文字母标注）；
（2）若某次测量中将电阻箱调到恰当值R0时，毫伏表V1的示数为U1，电压表V2的示数为U2，则由已知量和测量量计算Rx的表达式为Rx＝。
图3 图4
分析：由于滑动变阻器的最大阻值为150Ω，比待测电阻Rx小得多，故滑
动变阻器应该用“分压法”接法。毫伏表V1：由于量程和内电阻已知，等效为电流表，但它的量程太小。将它与电阻箱串联可改装为电压表（如图3），将它与电阻箱并联可改装为电流表（如图4）。设计成电压表V2的示数减去改装后表V1的示数就是待测电阻Rx两端的电压，问题就解决了。
测量计算Rx表达式由图3得
RXU2r1r1R0,， U1
由图4得
Rx(U2U1)r1R0 。U1(R0r1)
以上例题从不同的角度进行思路的拓展，对基本方法和技能进行强化，让学生独立地分析，可以帮助学生掌握物理实验的构思与设计方法、掌握物理实验数据的处理方法、误差分析和减小误差的方法等，形成现实的应变能力，高考再变通也不会超出课本知识和课本涉及的科学方法，学生只要掌握了科学的思维方法，结合基本知识就能轻松应对高考。
电学热点专题系列教学法
作者：福建省永泰县第二中学 金尔慈 350703 电话：[1**********] 0591-24877756 邮址：[email protected]
物理实验在历年高考中相对来说是属于比较稳定的、赋分较高的一块内容，是“理综”考试中一个举足轻重的“大户”。有关统计资料表明，近几年全国各地高考实验题的难度系数约在0.35—0.55之间，对全体考生都有较好的区分度。大约有10％左右的考生不得分，有70％的考生得分还不到实验题分值的一半。主要原因是随着高考改革的深入，高考中重复课本中实验内容的试题已逐渐减少，取而代之的是具有设计性的创新性实验。此类试题能综合考查创造性地应用已学的知识、方法、原理，灵活处理陌生实验问题的能力。要求考生深刻理解大纲规定的每个实验原理的同时，学会设计实验的思想和方法，提高自己的创新能力，已成为高考实验考查的热点。因而也是我们在备考中不得不倾注全力关注的内容之一。
那么，怎样的实验复习才会收到良好的效果呢？我们在实验复习中千万不要只是把实验内容简单地“过”一遍，而应该从不同的角度进行思路的拓展，对基本方法和技能进行强化，帮助学生构建起一定的实验系统，形成现实的应变能力。比如电学实验中，在“电阻的测量”这个高考热点上，课本上是“伏安法测电阻”、“测电源的电动势和内阻”、“半偏法测电流表的内阻”，而在我们课堂训练中就可变为“尽可能精确地测电阻”（无原理误差的）、“测电流表的内阻”、“测电压表的内阻”，所采用的原理仍然是伏安法，或闭合回路的欧姆定律，或半偏法，但却与课本原理大同小异，在教学中我们要找到其中的共同点，分析不同点，训练学生的思维能力。
例如，课本上伏安法是有误差的，如果用两块电流表（其中一块已知内阻）
去测小电阻，就可将已知内阻的电表当电压表用，这样可让实验无原理误差。如果是测电表的内阻，注意电表本身就可表示自身的电流或电压。有些题是不计电源内阻的，就可将被测电阻等效看成电源内阻，用测电源的电动势和内阻的原理——闭合回路欧姆定律、两组数据解决。以“半偏法测电压表的内阻”的考查为例，课本上只有“半偏法测电流表的内阻”，变阻器用的是限流接法，所选变阻器阻值远大于电流表的内阻，电阻箱的最大阻值要略大于电流表的内阻，以便于较精确地提供和电流表相同的阻值，本实验利用电阻箱与电流表并联分流，测量值偏小。但是，若要用“半偏法测电压表的内阻”，原理应怎样?变阻器应怎样？电路图应怎样？步骤应怎样？误差又怎样？
【例1】量程为800mV的电压表的电阻约为900Ω，为了比较准确地测量其内阻，根据下列可供选择的实验器材，请画出实验的电路图，应该选用哪些实验器材，并分析测量结果偏大还是偏小。
(A)待测电压表：量程为800mV，内阻约900Ω。
(B)滑动变阻器：最大阻值200Ω，额定电流1A。
(C)滑动变阻器：最大阻值10Ω，额定电流2A。
(D)电阻箱：最大阻值9999.9Ω，阻值最小改变量为0.1Ω。
(E)电阻箱：最大阻值99.9Ω，阻值最小改变量为0.1Ω。
(P)电池组：电动势约12V，内阻约1Ω。
(G)导线和开关等。
首先应该让学生明确，这是一道电学设计性实验，引导学生通过与“半偏法测电流表的内阻”比较、分析发现实验的设计思想是“半偏法”：用“改变后的电流替代原来的电流”的“等效替代法”来测量电压表的内阻Rv，可发现与“半偏法测电流表的内阻”基本原理大致相同，即先通过开关将电阻箱R不接人电路时调节R1滑片使电压表满偏，保持R1滑片位置不动再接入电阻箱R并调节电阻箱R的阻值使电压表半偏，此时电阻箱的阻值约等于电压表的内阻。但实验的基本细节几乎全部相反（如图1和图2），即电阻箱应与电压表串联，用
开关与电阻箱并联，开关的通断控制电阻箱是否在电路中起作用；变阻器应用分压接法，且变阻器的阻值应远小于伏特表的阻值；由于电阻箱与电压表串联后导致测量电路分到的电压变大，故电压表半偏时实际电阻箱分去的电压大于U，故测量值偏大。
2
其次，在电学设计性实验中我们画电路图应该从“供电电路”和“测量电路”两方面去考虑。
（1）供电电路
供电电路的设计原则是：给测量电路或用电器提供安全工作的电压和电流。一般由滑动变阻器完成控制，其连接方法有“限流法”和“分压法”，它们之间的差异是：
①“限流法”由于接法简单，电路能量消耗小，当两种电路都能满足要求时，一般优先选择“限流接法”。
②必须考虑选用“分压法”的情形有：
a．用电器阻值远大于滑动变阻器的总阻值；
b．“限流接法”中，最小电流或电压超过用电器额定电流或额定电压，或超过电流表电压表的量程；
c．要求用电器的电压从零开始调节，或者要求电压变化范围大（多测几组值）；
d．用电器上的铭牌标志不清。
用半偏法测电流表 内阻的实验电路 图1 用半偏法测电压表内阻的实验电路 图2
（2）测量电路
测量电路的设计原则是：在满足安全工作的前提下，尽可能减小测量误差。 ①当待测电阻比较小时采用外接法，当待测电阻比较大时采用内接法。在具体实验中，也可用试触法来判定到底用内接法还是外接法。②还可考虑采用“半偏法”或“替代法”。
通过以上分析，本实验选择器材问题就迎刃而解了：滑动变阻器的阻值要远小于电阻箱的阻值，实验器材除了必须的（A），（F），（G）外，还要选（C）与（D）。
【例2】用以下器材可测量待测电阻Rx的阻值：
待测电阻Rx：阻值在3000Ω～4000Ω之间；电源E：电动势约为6.0 V，内阻可忽略不计；毫伏表V1：量程为0～500mV，内电阻r1＝1000Ω；电压表V2：量程为0～10V，内电阻r2＝10kΩ～12kΩ之间；电阻箱R0：阻值范围0～999.9Ω；滑动变阻器R：最大阻值为150 Ω；单刀单掷开关S、导线若干。
1（1）测量中要求两块电表的读数都不小于其量程的，并能测量多组数据，3
请在方框中画出测量电阻Rx的实验电路原理图（原理图中的元件用题干中相应的英文字母标注）；
（2）若某次测量中将电阻箱调到恰当值R0时，毫伏表V1的示数为U1，电压表V2的示数为U2，则由已知量和测量量计算Rx的表达式为Rx＝。
图3 图4
分析：由于滑动变阻器的最大阻值为150Ω，比待测电阻Rx小得多，故滑
动变阻器应该用“分压法”接法。毫伏表V1：由于量程和内电阻已知，等效为电流表，但它的量程太小。将它与电阻箱串联可改装为电压表（如图3），将它与电阻箱并联可改装为电流表（如图4）。设计成电压表V2的示数减去改装后表V1的示数就是待测电阻Rx两端的电压，问题就解决了。
测量计算Rx表达式由图3得
RXU2r1r1R0,， U1
由图4得
Rx(U2U1)r1R0 。U1(R0r1)
以上例题从不同的角度进行思路的拓展，对基本方法和技能进行强化，让学生独立地分析，可以帮助学生掌握物理实验的构思与设计方法、掌握物理实验数据的处理方法、误差分析和减小误差的方法等，形成现实的应变能力，高考再变通也不会超出课本知识和课本涉及的科学方法，学生只要掌握了科学的思维方法，结合基本知识就能轻松应对高考。