解读2011年高考全国理综卷I电学实验题

许 文

（华中科技大学附属中学 湖北 武汉 430074）

高考物理科的《考试说明》中明确指出，考生应具有理解能力、推理能力、分析综合能力、应用数学工具处理物理问题的能力与实验能力.其中对实验能力的要求是：能独立的完成所列的实验，能明确实验目的，能理解实验原理和方法，能控制实验条件，会使用仪器，会观察、分析实验现象，会记录、处理实验数据，并得出结论，对结论进行分析和评价；能发现问题、提出问题，并制定解决方案；能运用已学过的物理理论、实验方法和实验仪器去处理问题，包括简单的设计性实验.

下面是一个电学实验题，此题的能力立意较高，考查了《考试说明》中的实验能力，且具有一定的探究性，为以后的高考备考物理实验复习起到了一定的导向性作用.

题目：（2011年高考全国卷Ⅰ第23题）使用多用电表测量电阻时，多用电表内部的电路可以等效为一个直流电源（一般为电池）、一个电阻和一个表头相串联，两个表笔分别位于此串联电路的两端.现需要测量多用电表内电池的电动势，给定的器材有：待测多用电表、量程为60mA的电流表、电阻箱、导线若干.实验时，将多用电表调至×1Ω挡，调好零点；电阻箱置于适当数值完成下列填空：

（1）仪器连线如图1所示（a和b是多用电表的两个表笔），若两电表均正常工作，则表笔a为______（填“红”或“黑”）色；

图1

（2）若适当调节电阻箱后，图1中多用电表、电流表与电阻箱的示数分别如图2（a）、（b）、（c）所示，则多用电表的读数为______Ω，电流表的读数为______mA，电阻箱的读数为______Ω；

（3）将图1中多用电表的两表笔短接，此时流过多用电表的电流为______mA（保留3位有效数字）；

（4）计算得到多用电表内电池的电动势为______V（保留3位有效数字）.

图2

解析：此题的实验目的是测量多用电表内电池的电动势E，但同时还考查了多用表的基本结构，基本测量仪器的读数，实验的基本原理与创新设计.具体表现在以下方面.

（1）基本测量仪器的使用与读数

中学物理实验中对于一般的基本测量仪器的读数需要进行估读，但对不同的测量器材往往有不同的估读要求.本实验主要是电阻箱及电表的使用与读数.由于受电表等级与测量精度的影响，电表通用的估读规则是：最小分度是1，0.1，0.01的电表，要求在最小分度的下位按进行估读；最小分度是2，0.2，0.02或5，0.5，0.05的电表，要求在最小分度的本位按或进行估读；对刻度不均匀的电表（如Ω刻度），也要求在最小刻度的本位进行估读；对于电阻箱、机械秒表、游标卡尺等测量仪器则不需要估读.

本题中多用电表的选择开关调至×1Ω挡，由于Ω刻度线不均匀，因此不需要在最小刻度的下位进行估读.题中图2（a）指针指示刻度14（已在最小刻度的本位进行估读），其读数为14×1Ω＝14Ω；图2（b）中电流表的最小分度是1mA，指针指示刻度为53.0（其中末位“0”是在最小刻度的下位进行的估读），因此电流表的读数应为53.0mA；图2（c）中 电 阻 箱 的 读 数 为 （0×1 0 0＋0×1 0＋4×1＋6×0.1）Ω＝4.6Ω.

（2）基本仪器结构与原理

多用电表的表盘如图3所示，选用Ω挡测电阻时其原理是闭合电路欧姆定律.这时表的结构原理图如图4所示.考虑到多用电表的其他用途（如测电流、测电压等）的统一性，即不论使用多用电表的哪个挡，电流总是从正接线柱（红表笔）进入电表，而从负接线柱（黑表笔）流出.因此本题中第（1）问在按图1所示的测量电路中两电表若均正常，则电流应从多用表笔a流出，表笔a接的正极，故表笔应为a黑色.

图3

图4

如图4所示，设多用电表内电池的电动势为E，内阻为r，表头内阻为rg，满偏电流为Ig.将两表笔短接调好零点时，调零电阻的阻值为R0，此时应有

在测量某一电阻RZ时，若指针指到中央刻度应有

由（1）、（2）两式得欧姆刻度线中值电阻为

即为欧姆表的总内阻.从题给图2（a）看出此多用表的中值电阻

即

图2（b）中电流表读数I＝53.0mA，多用电表此时测出的值即为电阻箱电阻R与电流表内阻RA之和，即R＋RA＝14Ω.由闭合电路的欧姆定律得

（保留3位有效数字）.

如果将图1中多用电表的两表笔短接，此时流过多用电表的电流为

（保留3位有效数字）.

结语：本题第（1）问考查了对基本仪器结构的了解；第（2）问考查了基本测量仪器的读数与基本实验仪器的使用能力.按读数规则，本题中图2（a）的读数为14Ω（标准答案中给出14.0Ω值得商榷）.第（3）问与第（4）问考查了实验观察能力与对实验基本原理的理解能力，同时还考查了有效数字的处理能力，且具有一定的创新设计思想.这些都体现了物理科《考试大纲》的基本要求.目前新课程改革中特别强调学生的实验探究能力，这些在以后的高考备考中要倍加关注.