例析高考电学实验题，归纳电学实验创新点

张立泰

摘 要：近几年高考对电学实验的考查有了较高的要求，实验考查注重从知识到能力的迁移，试题在原有的五个基本实验基础上，在研究对象、实验原理和实验数据统计处理等方面进行了创新，试题创新点频频出现，这对考查学生的能力和推进新课程的改革很有帮助。只要考生认真分析，找出试题的创新点，应用所学的知识进行解答，定能“满分”而归，文章根据两道电学实验试题，归纳电学实验的创新点，对创新点进行思考、分析、迁移和拓展，找出解决问题的办法。

关键词：创新点;研究对象;实验原理;电学实验

一、引言

笔者通过对近几年电学实验高考试题的分析，发现电学试题难点形成的原因主要是学生对解答创新实验缺乏平时对实验思想方法（如模拟法、控制变量法、半偏法、转换法、放大法、比较法、替代法等）进行归纳和总结，面对电学实验创新题，找不到切入点，找不到实验设计原理和可行的解决问题办法。造成这种问题的原因主要是其对基本实验理解得不透彻，应用不灵活，缺乏对掌握知识的迁移能力和创新意识。下面通过笔者对例题的分析，归纳出创新实验的创新点，通过分析，领悟解决创新电学实验的精髓，总结解决电学实验的方法，达到解决电学实验问题的目的。

例题1：某多用电表内欧姆挡“×1”的内部电路图（如图甲的虚线框所示）。一学习小组将电阻箱和电压表并联后接到多用电表两表笔A、B上，采用图甲的电路测量多用电表欧姆挡“×1”正常工作时的内阻RΩ和其内部电池的电动势E（电压表的内阻很大，它在该电路中的分流作用可以忽略），实验操作步骤如下：

（1）先调整“指针定位螺丝”，再将选择开关转至欧姆挡“×1”，红黑表笔短接，调节“欧姆调零旋钮”使指针指在表盘___（填“左”或“右”）侧零刻度处。

（2）电阻箱和电压表并联后的两端分别接在表笔A和B上，正确的接法是：电压表的正接线柱要接在多用电表的表笔___（填“A”或“B”）上。

（3）改变电阻箱的阻值，得出多组电压表和电阻箱的示数U、R，并将对应的和的值计算出来并记录在表格中，再画出-（图像如图乙所示），若图乙中图线的斜率为k1、与纵轴的截距为b1，则所测内部电池的电动势E=____，欧姆挡“×1”正常工作时的内阻RΩ=____。（用k1、b1表示）

（4）一位同学提出了数据处理的另一种思路：先计算出，然后画U-（图像如图丙所示）。由图丙得到图线斜率为k2、与纵轴的截距为b2，则电池的电动势E=       ，欧姆挡“×1”正常工作时的内阻RΩ=        。（用k2、b2表示）

【答案】右;B; ;  b2; -k2

【解析】（1）欧姆表的0刻度线在表盘最右侧，因此进行欧姆调零时应将红黑表笔短接调解欧姆调零电阻，使指针调到右侧零刻度线处;（2）根据电压表的接法，电流应该从电压表的正接线柱流入，负接线柱流出，由图甲可知，表笔B接的是电源的正极，因此电压表的正极应该接表笔B处;（3）根据闭合电路欧姆定律有E=U+IRΩ=U+RΩ，得=+·，由图乙可知，图线截距b1=，斜率k1=，即E=，RΩ=;（4） 根据E=U+IRΩ=U+RΩ等效变换U=E-RΩ，图丙中图线截距b2=E，斜率k1=-RΩ，故RΩ=-k2。

【考查目的】考查用伏阻法测电源电动势和欧姆表内阻、欧姆调零、电压表连接、实验数据分析处理。

【实验创新】此实验对测电池电动势和内阻实验进行了三方面的创新：一是实验研究对象发生了变化，测电池和其他原件连接等效电源电动势和内阻;二是实验原理发生了变化，由常规的伏安法测电动势和内阻改换成伏阻法;三是实验数据处理用两种方法，在实验数据处理上进行了创新。

例题2：（2016·天津卷）某同学想要描绘标有“3.8 V，0.3 A”字样小灯泡L的伏安特性曲线，要求测量数据尽量精确，绘制曲线完整，可供该同学选用的器材除了开关、导线外，还有：电压表V1（量程0～3 V，内阻等于3 kΩ）;电压表V2（量程0～15 V，内阻等于15 kΩ）;电流表A1（量程0～200 mA，内阻等于10 Ω）;电流表A2（量程0～3 A，内阻等于0.1 Ω）;滑动变阻器R1（0～10 Ω，额定电流2 A）;滑动变阻器R2（0～1 kΩ，额定电流0.5 A）;定值电阻R3（阻值等于1 Ω）;定值电阻R4（阻值等于10 Ω）;定值电阻R5（阻值等于1 kΩ）;电源E（E=6 V，内阻不计）

①请画出实验电路图，并将各元件字母代码标在该元件的符号旁。②该同学描绘出的I–U图像应是下图（如图3）中的______。

【答案】①电路如图2  ②B

【解析】①电压表V2和电流表A2量程太大，电压表V1和电流表A1量程偏小，根据题中所给条件和要求，可以对电压表V1和电流表A1进行改装，电压表V1与定值电阻R5串联，改装成量程为4V的电压表;电流表A1与定值电阻R4并联改装为量程为0.4A的电流表;因为小灯泡的阻值较小，故电流表采用外接法;要绘制完整的曲线，滑动变阻器应采用分压接法，要选择总阻值小的R1电阻，电路如图2。 ②因为小灯泡灯丝的电阻随温度升高而增大，所以该同学描绘出的I-U图线应该是B.

【考查目的】探究小灯泡的伏安特性曲线实验、电表改装、器材选取、电路设计。

【实验创新】例题考查描绘小灯泡的伏安特性曲线的实验;题中难点是所给的电表量程都不适合，题中的创新点是对电流表和电压表按需要进行改装，还考查了电表的改装方法;其他部分基本和课本的基本实验一样。

通过对近几年高考电学题的分析和上面例题的分析，实验创新题主要在以下四方面進行创新：

二、对实验研究对象进行创新

在高中电学实验中测量的物理量基本上就书中的几种，但可以测不同的研究对象的物理量。解决办法可以模拟书中基本实验测量方法，达到实验目的。

常见创新问题归纳如下：

一是对课本中基本实验描绘小灯泡伏安特性曲线进行创新：把研究对象改换成二极管、热敏电阻、电动机、光电池、电池等电学原件的伏安特性曲线。

二是对课本基本实验测电池电动势和内阻进行创新：把研究对象改换成水果电池、光电池、含其他原件等效电源（如例题中欧姆表内电池电动势和欧姆表内阻）电动势和内阻。

三是对课本中基本实验伏安法测金属电阻率进行创新：把研究对象改换成多匝线圈的长度、金属板的厚度、圆管内径等物理量。

三、对实验原理进行创新

在给定实验目的的情况下，实验创新题体现在电路的结构和实验原理上变化，不论哪种解决办法，都依据欧姆定律进行解答，考查学生的知识迁移能力。

一方面，对课本中基本实验测电池电动势和内阻实验进行创新：可以用多用电表、伏阻法、安阻法、伏伏法、安安法等方法进行测量。

另一方面，對课本中基本实验伏安法测电阻进行创新：测各种原件的电阻可以用安安法、伏伏法、比较法、替代法、转换法、半偏法等方法进行。

四、对实验测量数据统计处理进行创新

实验中测量得到的数据，处理方法不同虽然能得出测量结果，但精度可能不同，所以实验经常考查实验数据的处理。解决办法是应用所学的知识寻找待测量之间的函数关系，明确各物理量间的变化规律，进而求出待测量。

例如，在用伏阻法和安阻法测电源电动势和内阻实验中，可用解析法，也可用图像法（图像法横坐标和纵坐标可以用不同量）。

再如，用半偏法测电流计内阻、测电压表内阻时，处理数据可以用半偏法，可以用比较法，也可以用图像法。

五、对提高测量结果精确性、保证测量安全性进行创新

在电学实验中，经常考查设计实验的“安全性原则”和“精确性原则”，这类题离不开仪器的选择、电路连接和设计。根据题中已知仪器的参量和要求进行创新，解决办法是注重基本实验技能的训练，分析细节，优化实验设计，培养学生创造思维能力。

例如，根据题中的已知条件和实验具体要求，对题中给的电表进行改装，达到测量要求再接入电路进行测量;在电路中串联或并联一个电阻对电路中的电源、电表等电学器件进行保护;为了提高测量精度，要对测量数据进行放大或缩小，要在电路中串联或并联一个电阻。

六、结语

从上面两个例题的分析、解答、归纳和总结提升来看，电学实验创新题都是设置了新的情境，在实验原理、方法理解、分析过程、仪器使用、数据处理、误差分析等方面进行考查，考查内容在原有的基础实验的基础上进行了创新，目的是考查学生运用已学的知识处理新情境问题的迁移能力。只有找出实验试题的创新点，才能找到正确结题的切入点，抓住解题规律，才会事半功倍。

参考文献：

[1]蒲永松.电学设计性实验思路分析与研究[J].数理化学习（高中版），2017（7）：42-43.

[2]崔 瑶.2007—2016年高考全国卷物理电学实验试题研究[D].重庆：重庆师范大学，2017.