例析高考物理电学实验的考查角度及解答策略

江苏 路文柱

(作者单位：江苏省徐州市第三十六中学)

物理实验一直是高考中的一个重点。由于高考实验题灵活、新颖，对学生的创新能力要求较高，所以高考中的物理实验题区分度高、信度高，有利于高校选拔人才。那么，高考物理实验题主要考查点有哪些呢？本文以“伏安法测电阻”为例，分析说明高考物理电学实验的考查角度，并对“伏安法测电阻”的有关问题进行阐述。

一、考查实验原理

二、考查实验仪器、仪表的选取及仪表读数

三、考查实验设计(主要是电路设计)

实验设计是以达到实验目的为前提，以实验原理为基础，对所选择的仪器、仪表进行有效的组合、装配。电路设计要按照安全、精确(误差小)、简便(电路简单，便于控制)、省电的四个原则进行。按照电路的功能划分，“伏安法测电阻”的电路进行主要分为两部分，即测量电路和控制电路。

测量电路是由待测电阻、电流表、电压表三者组成，用以测量待测电阻两端的电压及电阻中的电流，从而求出待测电阻的阻值。根据电流表、电压表的相对位置关系，测量电路分为外接法(图1)和内接法(图2)两种；设计电路时，为减小误差，小电阻采用外接法，大电阻采用内接法，简称“外小内大”。原因如下：

如图1，外接法的误差是由于电压表分流，使电流表的测量值大于流过待测电阻电流的实际值，为减小误差，电压表分得的电流应尽可能小，由分流原理可知，此时待测电阻的阻值应尽可能小，即Rx≪RV，或者Rx更接近于RA。

图1

如图2，内接法的误差是由于电流表分压，使电压表的测量值大于待测电阻两端电压的实际值，为减小误差，电流表分去的电压应尽可能小，由分压原理可知，此时待测电阻的阻值应尽可能大，即Rx≫RA，或者Rx更接近于RV。

图2

在实际操作过程中，通常采用“试触法”比较Rx和RV、RA的大小，即通过改变两电表的连接方式，观察两电表示数变化情况，如果电流表的示数变化明显，说明电压表的分流作用显著，待测电阻的阻值更接近于电压表的内阻，应采用内接法；如果电压表示数变化明显，说明电流表的分压作用显著，待测电阻的阻值更接近于电流表的内阻，应采用外接法。

图3

图4

四、考查电路连接

电路的连接应有一定的章法，切忌随意连接。根据笔者所在学校这几年高三模拟考试的情况，电路连接题虽然难度不高，但每次都是只有少部分同学能够完全连对，尤其是实物图的连接，出错最多。为此，让学生掌握一种行之有效的方法是非常必要的，如“顺电流法”——从电源正极出发，对照电路图依次往下连接，先串联，后并联，最后连接电压表。此外，连接电路时应注意以下四点：第一，导线应接在电学元件的接线柱上；第二，导线不能交叉；第三，电表中电流应从正接线柱流入，负接线柱流出；第四，同一段导线两端等效，但尽量接在较近的一端。

五、考查实验步骤

实验步骤也是围绕实验原理进行的。“伏安法测电阻”的实验步骤主要有以下几步：

1.设计电路图；

2.按照电路图连接电路；

3.将滑动变阻器的滑片置于合适位置(使测量电路中的电流最小)；

4.闭合开关，调节滑动变阻器，使测量电路中的电流逐渐增大，并读出多组U、I值，填入已设计好的表格中；

六、考查误差分析

【例1】实验室中现有器材如实物图5所示，有

图5

电池，电动势E约10 V，内阻约1 Ω；

电流表A1，量程10 A，内阻r1约0.2 Ω；

电流表A2，量程300 mA，内阻r2约5 Ω；

电流表A3，量程250 mA，内阻r3约5 Ω；

电阻箱R1，最大阻值999.9 Ω，阻值最小改变量为0.1 Ω；

滑动变阻器R2，最大阻值100 Ω；开关S，导线若干。

要求用图6所示的电路测定图中电流表A的内阻。

图6

(1)在所给的三个电流表中，哪几个可用此电路精确测出其内阻？

答：_______________________。

(2)在可测量的电流表中任选一个作为测量对象，在实物图上连成测量电路。

(3)你要读出的物理量是________。

用这些物理量表示待测内阻的计算公式是________。

【分析解答】(1)考查实验仪器的选取

(2)考查电路连接

以A3为待测电流表为例，按“顺电流法”连接，从电源正极出发，对照电路图依次往下连接，先串联，后并联，最后接电压表，连接顺序如图7所示。

图7

(3)考查实验原理

【例2】从下表中选出适当的实验器材，设计一电路来测量电流表A1的内阻r1，要求方法简捷，测量精度尽可能高，并能测得多组数据。

器材(代号)规格电流表(A1)电流表(A2)电压表(V)电阻(R1)滑动变阻器(R2)电池(E)开关(K)导线若干量程10 mA,内阻r1待测(约40 Ω)量程500 μA,内阻r2=750 Ω量程10 V,内阻r3=10 kΩ阻值约100 Ω,作保护电阻用总电阻约50 Ω电动势约1.5 V,内阻很小

(1)在图8虚线方框中画出电路图，标明所用器材的代号；

图8

(2)若选用测量数据中的一组来计算r1，则所用的表达式为r1=________，式中各符号的意义是：________。

【分析解答】(1)考查仪器选取、电路设计及误差分析

电路图及所用器材如图9所示。

图9

(2)考查实验原理

由于A1两端的电压可由A2测出，则U=I2r2

式中I1表示通过电流表A1的电流，

I2表示通过电流表A2的电流，

r2表示电流表A2的内阻。

【例3】图10为用伏安法测量一个定值电阻阻值的实验所需的器材实物图，器材规格如下：

图10

(1)待测电阻Rx(约100 Ω)

(2)直流毫安表(量程0～10 mA，内阻50 Ω)

(3)直流电压表(量程0～3 V，内阻5 kΩ)

(4)滑动变阻器(阻值范围0～15 Ω，允许最大电流1 A)

(5)直流电源(输出电压4 V，内阻忽略不计)

(6)电键一个，导线若干条

根据器材的规格和要求，在本题的实物图上连线

【分析解答】此题考查电路设计及电路连接

由于待测电阻的阻值接近毫安表，属于小电阻，因而测量电路采用外接法，又因Rx>R滑,所以控制电路应采用分压式，电路连接如图11所示。

图11

【例4】某电压表的内阻在20 kΩ～50 kΩ之间，现要测量其内阻。实验室提供下列可选用的器材：

待测电压表V(量程3 V)

电流表A1(量程200 μA)

电流表A2(量程5 mA)

电流表A3(量程0.6 A)

滑动变阻器R(最大阻值1 kΩ)

电源E(电动势4 V)

开关K

(1)所提供的电流表中应选用________(填写字母代号)

(2)为了尽量减小误差，要求多测几组数据，试在图12的方框中画出符合要求的实验电路图(其中电源和电键及其连线已画出)

图12

【分析解答】(1)考查仪器选取

(2)考查电路设计

因Rx>R滑，所以控制电路应采用分压式；为了测出流过电压表的电流，则电流表A1应与电压表串联，电路设计如图13。

图13

七、总结

关于“伏安法测电阻”的典型试题还有很多，在此不再一一列举。研究高考实验题的考查点，有利于把握高考实验题的命题思想，提高实验题复习的针对性，避免盲目性，进而提高高考的复习效率。