变式教学在实验复习中的应用

胡冰琳

摘 要：针对目前高三实验复习课低效的原因，提出在实验复习中进行试题的变式训练。变式训练是指对问题进行条件变换，让学生能从多情景、多层次、多角度认清问题本质的一种教学模式。通过变式训练，开拓学生视野，激发学生思维，提高学生分析问题和解决问题的能力。

关键词：高中物理；变式训练；实验复习

实验作为必考的题型在高考中有特别重要的地位，高考物理的实验试题对学生的能力要求较高，试题变化多样，学生在实验试题的解答中往往感到困难，因此搞好实验复习显得尤为重要。

目前高三实验复习课低效的原因有以下几点：一是学生的实验操作能力比较差，缺乏操作体验，受到思维定势的影响，遇到实验题不是理性分析而是生搬硬套；二是教师通常比较注重基本实验技能的训练，缺少横向的变式和迁移，没有培养学生解决实验问题的基本能力，造成学生在遇到新问题时感到束手无策，找不到切入点，打不开思路；三是对实验的教学缺乏重视和研究，片面追求做题的数量，而忽略了试题归类及方法的提炼。

实验复习课的有效策略是要完成两个转变：试题的选择由题海向精选转变；试题的讲授由就题论题向借题发挥转变。实现的有效途径就是进行试题的变式训练。变式训练是指对问题进行条件变换，让学生能从多情景、多层次、多角度认清问题本质的一种教学模式。通过变式训练，开拓学生视野，激发学生思维，提高学生分析问题和解决问题的能力。

通观近几年各地的高考物理试卷，可以发现涉及考查测电源电动势和内阻的试题很多，试题灵活多变，学生做题时感到茫然。究其原因就是没有掌握伏安法测电源电动势和内阻的基本原理。测量电源电动势和内阻的各个题型都是从伏安法的基础上演变而来的，这是解决问题的核心。下面以测电源电动势和内阻这个实验为例来说明变式训练在实验复习中的有效应用。

例 （2014北京卷）利用电流表和电压表测定一节干电池的电动势和内阻。要求尽量减小实验误差。

（1）应该选择的实验电路是图1中的 （选填“甲”或“乙”）。

（2）现有电流表（0～0.6 A） 、开关和导线若干，以及以下器材：

A. 电压表（0～15 V）

B. 电压表（0～3 V）

C. 滑动变阻器（0～50 Ω）

D. 滑动变阻器（0～500 Ω）

实验中电压表应选用 ；滑动变阻器应选用 。（选填相应器材前的字母）

（3） 某位同学记录的6组数据如表1所示，其中5组数据的对应点已经标在图2的坐标纸上，请标出余下一组数据的对应点，并画出图线。

表1

（4）根据图2中所画图线可得出干电池的电动势E= V，内电阻r= Ω。

解析 本题由于0～15 V 电压表量程太大和0～500 Ω滑动变阻器阻值太大不可选用，这一点学生极易判断，因此电压表选B，滑动变阻器选C。电压表和电流表内阻的影响会造成实验误差，由于电源内阻较小，所以乙电路中电流表分压影响较大，因此选择甲电路。根据测画的图线，电源的电动势等于纵轴的截距，内阻为斜率的绝对值。可求出电动势1.50V（1.49～1.50），内阻0.83Ω（0.81～0.85）。

变式1 某学习小组在用伏安法测定一节干电池的电动势和内阻的实验中，实验室备有下列器材：

A.待测干电池（电动势约为1.5V，内阻约为1.0Ω）

B.电流表A（量程0—0.6A，内阻约为0.5Ω）

C.电压表V（量程0—0.6V，内阻为RV=2000Ω）

D.滑动变阻器R（0—20Ω）

E.定值电阻R0

F.开关和导线若干

（1）若要较精确地测出电源的电动势和内阻，需扩大电压表量程，实验室中有以下四种阻值的定值电阻供选择，则定值电阻R应选取：

A.2000Ω B.4000Ω C.6000Ω D.8000Ω

（2）请画出该实验电路原理图。

（3）该小组同学根据实验电路，测出七组实验数据，并利用测出的数据直接绘出了U—I图线（I为电流表A的示数，U为电压表V的示数），如图3所示，若把电流表和改装后的电压表当成理想电表，则依图线可得被测电池的电动势E= V，内阻r= Ω。

解析（1）由于电压表量程V太小，直接按图1甲连接会使电压表很快超过量程而烧掉，本题的变式变在0.6V量程的电压表太小时，可以和提供的定值电阻串联扩大为量程更大的电压表。由于电动势约为1.5V，只要改装为1.8V的电压表就能满足要求。所以选B。A选项电阻太小，C、D选项电阻太大。（2）设计电路如图4。

（3）根据闭合电路欧姆定律有E=■+Ir，可得U=■-■，由图3可得■=0.5，可求E=1.5V，由图3可计算斜率为0.36，通过■=0.36，求得r=1.08Ω。

变式2 在测定一节干电池的电动势和内电阻的实验中，备有下列器材：

A.待测的干电池（电动势约为1.5V，内电阻1.0Ω左右）

B.电流表A1（量程0—3m A，最小刻度0.1mA，内阻为10Ω）

C.电流表A2（量程0—0.6A，最小刻度0.02A，内阻未知）

D.滑动变阻器R1（0—20Ω，5A）

E.滑动变阻器R2（0—200Ω，l A）

F.定值电阻R0（990Ω）

G.开关和导线若干

（1）请画出该实验电路原理图。

（2）在该电路中，为了操作方便且能准确地进行测量，滑动变阻器应选 （填写器材前的字母代号）。

（3）图5为该同学根据设计的合理实验电路，移动滑动变阻器，电流表A1和电流表A2分别测得多组I1和I2，并画出I1-I2图线，则由图线可得被测电池的电动势E= V（取三位有效数），内阻r= Ω（取二位有效数）。

解析：（1）将内阻已知的电流表A1与定值电阻R0串联后可改装成量程为3V，内阻为1kΩ的电压表，本题的变式变在没有电压表时，把电流表串上电阻改装成电压表。设计电路如图6。

（2）电流表A2的最大量程为0.6A，当电路中的总电阻为5Ω左右时，电流表读数较准确，滑动变阻器采用分流接法，应选取D。

（3）根据闭合电路欧姆定律，I1（RA1+R0）=E-I2 r（I2>>I1），即I1=■-■I2，结合图象的纵坐标截距和斜率可得，■=1.48mA，■=8.5×10-4，可得E=1.48（±0.02）V，

r=0.85（±0.03）Ω。

综上所述的2个变式测电源电动势和内阻的方法，都是从伏安法演变来的，只是对题中给出的具体条件而采用不同的设计电路。

高考对实验能力的考查主要是通过学过的实验原理、实验方法在新情景下的应用，来考查学生对知识迁移的能力。从题目设计来看，大多数以课本实验为背景，通过改变实验条件，实验仪器或增加条件限制，不脱离教材而又不拘泥于教材，体现设计性，开放性、探究性等特点，但无论试题的设问角度如何，只要在复习的过程中，抓住问题的本质，掌握解决问题的方法，才能真正做到以不变应万变。