由两道电学实验题引起的思考

电学实验在历年高考的实验考试中占的分量较大，近年来电学设计性实验的考查特为凸显，实验能力是物理学科的重要能力。目前高考物理只有笔试，实验素养与能力实际上是很难有效地进行考查的，不过近年高考试题命题者一直在努力地将实验素养和能力的考核渗透到实验试题当中来，尽力提高实验考核的有效度。我省《理科综合能力测试》的《考试说明》中将“设计和完成实验的能力”作为实验能力要求，“设计”体现重点考查“实践能力和创新精神”。近几年，高考中大多以电学设计性实验为主。设计思想涉及电表的量程选择，电流表、电压表的内外接选择，滑动变阻器的限流，分压接法选择，电表的等效替用，定值电阻在电路中的使用等。而定值电阻的使用难度较大，灵活性较强，这里就我在教学中遇到的两道电学实验题进行评析，并由此引起思考。

例题1.某同学对一个标称值为“5 Ω、1.25 W”的定值电阻的阻值是否准确产生了怀疑，准备用伏安法尽可能准确进行测量，现可供使用的器材如下：

A.电流表A1，量程50 mA，内阻9 Ω

B.电压表V1，量程l5 V，内阻约l5 kΩ

C.电压表V2，量程3 V，内阻约3 kΩ

D.变阻器R，全电阻约20 Ω

E.定值电阻R0=1 Ω

F.直流电源E，电动势4.5 V，内阻不计

G.开关S、导线若干

（1）上述器材中，最适合的电压表为 （填字母编号）。

（2）设计出测量Rx的电路图。

本题的设计意图是想让学生对电表进行改装。学生通过分析不难发现电流表的量程太小，不方便测量，因此唯有另想办法，一般的思路是先找替代电表，如已知内阻的电压表可做电流表使用，如已知内阻的电流表可作电压表使用，通过计算看是否满足实验要求。如果这一条件不满足，再考虑改装电表。改装电表还需具备两个条件，即已知待改装的电表内阻和定值电阻或电阻箱。该题中只有电流表A1内阻已知，电压表内阻不清楚不可作为电流表，因此只能改装，即将电流表A1的量程进行扩充，改装为大量程的电流表。做法是将R0和A1进行并联，起到分流的作用，通过运算可求的改装后的电流表的量程为0.45安培，可以满足题目的需求。

课堂上我将定值电阻R0=1 Ω改为100 Ω，让学生重新设计电路图，学生兴趣大增，跃跃欲试，课堂气氛顿时调动起来，但学生设计的电路图却五花八门，说明学生对定值电阻的运用还不熟练，还无法做到灵活应用。其实如果R0=100 Ω，则电流表量程扩充就没有实际意义，定值电可作为保护作用。但保护也应该考虑放置的位置，由于电压表V2的量程和电源电动势接近，因此R0与Rx串联，以扩大待测电阻的阻值。设计的电路图如2所示。

例题2.某同学要测量一均匀新材料制成的圆柱体的电阻R，步骤如下：

（1）用多用电表按正确的操作步骤测得此圆柱体的电阻阻值约为220 Ω。

（2）该同学想用伏安法更精确地测量待测圆柱体电阻R，现有的器材及其代号和规格如下：

A.金属丝L，长度为L0，直径为D

B.电流表A1，量程1 mA，内阻r1=375 Ω

C.电流表A2，量程500 μA，内阻r2=750 Ω

D.电压表V，量程10 V，内阻10 kΩ

E.定值电阻R1=1000 Ω，起保护作用

F.滑动变阻器R2，总阻值约20 Ω

G.电池E，电动势1.5 V，内阻很小

H.开关S、导线若干

为使实验误差较小，要求测得多组数据进行分析，请设计出测量电阻的电路图，并标明所用器材的代号。

本题的电路图的设计难度比较大，首先电压表的量程太大，不可用，因此应该考虑用电流表等效替用或者电流表改装为电压表。但电流表的量程又太小，因此定值电阻R1应该作为保护电阻使用，通过计算分析应该放在支路比较合理。设计电路如图3示。同样，该题中如果定值电阻取值80 Ω，则该电阻应该置于干路中才能起到保护作用

由这两个例题，可以看出电路的设计涉及的知识面较广，灵活性强，特别是涉及定值电阻的使用问题，看似简单，但却大有文章。下面就个人的看法进行归纳。

1.用定值电阻做电表。在电路设计型实验中时，有时题目所给的器材由于量程问题无法正常选用或电表不全，在这种情况下，就可以考虑用定值电阻和电表配合使用，以此来充当电压表或电流表使用。

2.用定值电阻来改装电表，以扩大电表量。这是比较常见，当题目所给的电表量程太小，不能满足测量要求时，可用定值电阻进行扩充使用。

3.用定值电阻增大待测电阻阻值。在物理实验中，经常出现待测电阻阻值较小，不便于测量，导致无法正常测量或误差较大，为了克服这一问题，为了减小误差，经常采用定值电阻来增大待测电阻的方法进行测量。

4.用定值电阻来保护电表等器材。定值电阻用来保护电路中的仪表，是定值电阻常见的应用方法。解决这类问题的关键是弄清题目的设计原理，根据提供的数据进行分析计算，以此确定保护电阻在电路中的最佳位置。

高考物理电学实验设计灵活，定值电阻在电路的设常涉及到，其使用方法也不是一成不变的，因此在教学中应需要的注意理顺定值电阻的应用方法，注重培养学生的发散思维。

参考文献：

[1]刑新山，丁汝辉.十年高考分类解析及命题趋势：物理.吉林：延边大学出版社，2004.

[2]袁德军.浅析高中物理实验教学策略[J].商情，2009（25）：62-63.

[3]刘添义.高中物理电学实验设计刍议[J].广东教育：教研版，2008（12）：65-66.

[4]高宁，侯晓霞，梁金印.加强电学实验教学环节提高生实践动手能力[J].实验技术与管理，2003（1）.

作者简介：陈海，男，1978年11月出生，本科，就职学校：福建省南安市第三中学，研究方向：物理教学。

编辑 鲁翠红