高考物理实验复习重难点例析

张国光，贲 琰

（秦皇岛市第一中学，河北 秦皇岛 066006）

2012年高考是河北省实施新课标后的首届高考。笔者认真研究了2012年各地高考卷的实验题，发现实验的命题基本上还是来源于教材上的演示实验和学生实验，但会在此基础上对实验进行进一步的拓展。如安徽卷实验题考查了“验证牛顿第二定律”和“测绘小灯伏安特性曲线”，广东卷考查了“测量一个圆柱体的电阻率”，但实验电路不同于普通的“伏安法”，而是“替代法”。新课标下的高考实验越来越注重对学生实验基本素质的考查（如根据电路图连接实物图、根据所测得的数据进行绘图等），同时对学生实验能力的要求也越来越高，越来越强化学生对实验操作细节和对信息的筛选能力的考查，这也为我们今后的物理实验教学指明了方向。

一、设计型实验仍然是高考实验考查的重点

高考实验形式多变，但多年来设计型实验一直是高考实验的主要考查形式，高考实验题一般都是在教材实验的理论基础上变形、拓展，使之更新颖、更联系实际，同时也加大了实验的难度。特别是电学实验，因其方法多样，可以从很多角度命题，且灵活多变，使学生大多感觉做这类题比较吃力，因此各地的高考实验题多数都是电学实验所占比重较大。其实这类题是有规律可循的，其考查点主要有电表的选择、内外接法的选择、滑动变阻器的使用、定值电阻的使用等，只要学生应对各知识点的能力过硬，这类实验题便可迎刃而解。以下题为例：

例1.（2012四川卷22）某学习小组的同学拟探究小灯泡L的伏安特性曲线，可供选用的器材如下：小灯泡 L，规格“4.0V，0.7A”；电流表 A1，量程 3A，内阻约为0.1Ω；电流表 A2，量程 0.6A，内阻 r2=0.2Ω；电压表 V，量程3V，内阻 rV=9kΩ；标准电阻R1，阻值 1Ω；标准电阻R2，阻值 3kΩ；滑动变阻器 R，阻值范围 O～10Ω；电源E，电动势6V，内阻不计；开关S及导线若干。

①甲同学设计了如图1所示的电路来进行测量，当通过L的电流为0.46A时，电压表的示数如图2所示，此时L的电阻为____Ω。

②乙同学又设计了如图3所示的电路来进行测量，电压表指针指在最大刻度时，加在L上的电压值是____V。

③学习小组认为，要想更准确地描绘出L完整的伏安特性曲线，需要重新设计电路。请你在乙同学的基础上利用所供器材，在图4所示的虚线框内补画出实验电路图，并在图上标明所选器材代号。

解析：①本题由图2可读出电压表的示数为2.30V，所以此时L的电阻为2.30V/0.46A=5Ω；②电压表指针指在最大刻度时，电压表示数为3.00V，由计算可得，加在L上的电压值为4V；③由于电压表量程太小，所以需要改装，将它与R2串联即成为一个量程为4.0V的新的电压表；电流表A1量程太大，不可用，可以将A2改装：将它并联一个小电阻R1则成为一个量程为0.72A的新的电流表了。由于灯泡的电阻远小于电压表内阻而与电流表内阻相差不多，属于小电阻，故用电流表外接法比较合适。答案如图5较合适，若用图6则不太合适。

总结与归纳：

①电表的选择方法：通常是由电动势或待测元件额定电压（不一定都有）来选择适当量程的电压表；再由电动势（或待测元件额定电压）与所选电压表量程较小的值与待测电阻约值的比值来确定电流表量程；电表选择时，若没有适合电表，则要考虑电表的“另类”使用（既电压表当电流表或电流表当电压表）；和“电表的改装”来扩大量程，当然电表的“另类”使用和电表的改装的基础是已知电表的准确内阻。

②内外接法的选择：根据 Rx＜Rv，选择外接法；Rx＞＞RA，选择内接法。

③滑动变阻器的使用：Rx＜R滑，选择分压式接法；R滑约为Rx的2-10倍，选择限流式接法（R滑为滑动变阻器总阻值）；有电压从0开始调节的要求时，一定用分压式接法。

④定值电阻的使用：做保护电阻，就近保护原则；改装电表，扩大量程；定值电阻做电表，既通过电路计算的方式得出定值电阻的电压或电流值，进而求出与之并联的待测电阻电压或与之串联的待测电阻电流。

虽然我们无法猜测高考实验考什么，但是教师可以在平常的教学中对各类实验的相关知识多归纳，多总结，帮助学生夯实应对设计型实验的基础知识，以不变应万变。除此之外，为了应对设计型试验，学生还应掌握几种实验基本方法以外的其它方法，如在伏安法基础上衍生出来的各种电阻测量方法：替代法、电桥法、半偏法等。学生只有见多识广，方法掌握的越多，越能做到胸有成竹，临“题”不乱，迅速反应，提高成功率。

二、注意可转变为实验的习题

在物理教材上，许多习题的设计与实验是可以相通的，它们的区别只是出题的角度不同罢了，让学生们找一找，改一改，必能开窍。比如一道很常见的力学题的设计思想，就与物理实验思路产生共鸣，如图7所示，它有效地克服了手拉弹簧称测摩擦力不准的弊病，事实上只要物体A保持静止，不论下面的长木板是匀速还是变速均不会影响弹簧称的读数。再如2012年全国新课标卷的实验题与人教版选修3-1第三章第四节“磁场对通电导线的作用力”的课后习题第3题就有异曲同工之妙。

例2.（2012新课标全国卷23题）图8中虚线框内存在一沿水平方向、且与纸面垂直的匀强磁场。现通过测量通电导线在磁场中所受的安培力，来测量磁场的磁感应强度大小、并判定其方向。所用部分器材已在图中给出，其中D为位于纸面内的U形金属框，其底边水平，两侧边竖直且等长；E为直流电源；R为电阻箱；A为电流表；S为开关。此外还有细沙、天平、米尺和若干轻质导线。

（1）在图中画线连接成实验电路图

（2）完成下列主要实验步骤中的填空

①按图接线。

②保持开关S断开，在托盘内加入适量细沙，使D处于平衡状态；然后用天平称出细沙质量m1。

③闭合开关S，调节R的值使电流大小适当，在托盘内重新加入适量细沙，使D____________；然后读出___________________，并用天平称出____________。

④用米尺测量_______________。

（3）用测量的物理量和重力加速度g表示磁感应强度的大小，可以得出B=_________。

（4）判定磁感应强度方向的方法是：若_________，磁感应强度方向垂直纸面向外；反之，磁感应强度方向垂直纸面向里。

解析：（1）本实验的原理是：通过测量D的安培力的大小和方向、流过的电流的大小和方向、D的底边长度，根据F=BIL，测出B的大小和方向。因此把电流表、滑动变阻器、开关、电源和D串联即可。（2）③④根据步骤②可知D的重力G=m1g，步骤③为让电流流过D，使D在重力、安培力和细线的拉力下重新平衡。要测出安培力，需要测出拉力即用天平称出重新加入细沙的总质量；要测出B，需要测出电流的大小和D的底边的长度。（3） 安培力 F=｜m2-m1｜g，又 F=BIL，解得 B=（4）电流的方向水平向左，B方向若垂直纸面向外，则安培力方向为竖直向下，有F+m1g=m2g，即m2＞m1。

总结与归纳：本题看似复杂，但实际上对学生电路分析能力要求较低，实验的核心是关于安培力的处理，而这恰好同课本习题物理情景相似，只是多出了给线框通电的电路，若教师在教学过程中提到过相关内容，学生就可以应对得更加从容。其实在很多物理练习题中渗透了物理实验理论、实验方法、实验技术，教师可以在适当的时候通过习题创设一种新的实验情景、设计新的实验方案，要求学生将原有习题中的物理原理、方法运用到新创设的实验中，处理实验数据，并解决新的实际应用问题，从而逐渐培养学生把所学的物理理论、方法、移植应用于新领域的创新能力。其实物理课本中每一节的课后习题部分都有可探讨之处，只要教师和学生在平常教与学的过程中多看、多思、多联系，一定会收到很好的效果。

三、实验也要融汇物理思维方式

在实验中常用的物理思想方法有等效法、累积法、控制某个变量法、留迹法、图像处理平均值法等。同时，力学的设计型实验一般都会设定一定的物理情景，解决问题的方法更离不开物理的思维方式、物理情景的分析能力及物理定理定律。高考复习时，学生的能力较新授课时已经有所提高，其中也包括实验分析能力，教师应在日常的教学中要求学生能在每个实验中找出到底用了什么物理思维方式。比如在验证动量守恒定律的实验中就用了等效法（用位移代替速度）、累积法（重复打了许多点）、留迹法（用复写纸留下小球落地后的点）等物理思维方法。

例3.（2012江苏卷11题）为测定木块与桌面之间的动摩擦因数，小亮设计了如图9所示的装置进行实验。实验中，当木块A位于水平桌面上的O点时，重物B刚好接触地面。将A拉到P点，待B稳定后静止释放，A最终滑到Q点。分别测量OP、OQ的长度h和s。改变h，重复上述实验，分别记录几组实验数据。

（1）实验开始时,发现A释放后会撞到滑轮。请提出两个解决方法。

（2）请根据下表的实验数据作出s-h关系的图象。

h（cm） 20.0 30.0 40.0 50.0 60.0 s（cm） 19.5 28.5 39.0 48.0 56.5

（3）实验测得A、B的质量分别为m=0.40kg、M=0.50kg。根据s-h图象可计算出A木块与桌面间的动摩擦因数μ=____________（结果保留一位有效数字）

（4）实验中，滑轮轴的摩擦会导致μ的测量结果___________（选填“偏大”或“偏小”）。

总结与归纳：2012年江苏实验题一反常态，以往第10题是力学实验题，第11题是电学实验题，其中电学实验题是大头（从分数和内容上看），今年则反之，力学实验题是第11题，难度和分数比电学实验题大，这也说明力学设计型实验由于其与物理思维方式，物理情境分析能力联系更加紧密，正逐渐体现出其巨大的“潜力”。在实验复习中通过找各实验中的思维方法，能够让这些思维方法深入学生的脑海中，并用于那些可能遇到的探索型、设计型高考物理实验题，这样在学生遇到基于课本实验，又有所变型的高考实验时，学生就会很自然地将这些经常思考的物理方法与该题相对照，摸索出解题方法，不会出现完全没有思路、头脑中一片空白的情况。

物理做为一门建立在实验基础之上的学科，实验与物理思想、分析物理情境的能力本就是不可分割的，学生若能在实验复习上有所突破，必会对其整体物理水平的提高有很大的促进作用。