浅谈新课标理念下高三电学实验教学

林丛

[摘 要]电学实验是整个物理知识的重要组成部分。在具体实验教学中，教师可从实验原理入手，让学生掌握实验方法；以实验电路为着力点，让学生识图、连图，进而夯实学生的相关基础知识；通过实验探究，让学生在不同的实验条件下，开展实验探究，提高学生的实验能力。

[关键词]实验原理 实验方法 实验探究

[中图分类号] G633.7 [文献标识码] A [文章编号] 16746058（2015）230044

物理是一门实验科学，实验是高中物理的重要组成部分，所以实验教学是物理教学的重要组成部分。如何开展电学实验教学？笔者认为可按以下几个步骤进行：（1）从实验原理入手，让学生明白实验所需器材，实验中所要测量的物理量，从而熟练掌握相关的实验方法；（2）以实验电路为着力点，让学生熟悉实验电路原理图，懂得按原理图画实物图，进而夯实学生的实验基础知识，基本掌握实验操作方法；（3）开展实验探究，让学生通过探究明白电压表、电流表连接方法，以及电流表内接和外接，对测量结果的影响，初步掌握实验误差的分析方法。下面谈谈自己的教学体会。

一、从实验原理入手，比较和掌握多种测量方法

新课程要求重视培养学生基本实验方法的迁移能力，如果学生懂得迁移运用基本实验方法，则表明学生的实验能力较强。但在实际教学中发现，很多学生对实验原理认识较肤浅，只会生搬硬套，不能活学活用。要解决这个问题，首先要深入理解实验原理；其次，通过对学过的实验内容加以复习巩固、更新、提升，以达到重建知识结构的目的，这样能加深学生对实验原理的理解，并提升学生灵活运用的水平。

例如，在“测定电表内阻”的实验中，由实验原理（欧姆定律R=U/I）可知，要测出电阻R，就必须想办法测量出加在电表两端的电压U和通过电表的电流I，所不同的是电压表可直接读出自身两端的电压，而电流表则可反映通过自身的电流值，这两点自然成为已知条件。据此，我们可以根据给出的实验器材、题设条件、实验要求，设计不同的方案进行测量。

类型1：一只电流表，一只电压表。

1.电流表内阻未知，可按图1甲连接，电流表的内阻RA=UI

2.电压表内阻未知，可按图1乙连接，电压表的内阻RV=UI

图1

类型2：两只电压（电流）表（其中一只内阻未知）。

1.图2甲所示，内阻已知的电流表A1可起到电压表的作用，可测出电流表A2的内阻RA2=I1RA1I2

2.图2乙所示，内阻已知的电压表V1可以起到电流表的作用，可测出电压表V2的内阻RV2=U2RV1U1

图2

类型3：两只电压（电流）表（内阻均未知）和一个电阻箱。

1.图3甲所示，电阻箱相当于电压表，此法可测A1表的内阻RA1=（I2-I1）RI1

2.图3乙所示，电阻箱相当于电流表，此法可测V1表的内阻RV1=U1RU2-U1

图3

类型4：等效替代法。两只电压（电流）表（内阻均未知、一个电阻箱、一个单刀双掷开关）。

1.图4甲所示，利用电流等效，当开关拨到“1”或“2”时，调节R使A2两次读数一样，就可测出RA1=R。

2.图4乙所示，当开关拨到“1”或“2”时，调节R使V2两次读数一样，就可测出RV1=R，此法测量精度高。

图4

类型5：半偏法。仅一只电表（内阻未知、一个电阻箱、一个滑动变阻器）。

1.如图5甲所示，可测电流表内阻。首先调节R1使电流表指针满偏（图中S2断开），然后R1不变，调节R2使电表指针半偏（图5甲S2闭合），就可测得RX=R2，这种方法存在系统误差，精度不高。

2.如图5乙所示，可测电压表的内阻，首先调节R1使电表指针满偏（图中电阻箱R2调为0），然后R1不变，调节R2使电压表指针半偏，就可测得RX=R2，这种方法存在系统误差，精度不高。

图5

上述测量方法其实都是“伏安法”及其延伸，所有的变式中，都包含一个共同点，那就是需要一个已知阻值（或已知电表内阻，或电阻箱）来辅助测量，辅助方式或串或并联，目的只有一个，那就是让待测对象与已知电阻串或并联连接，得出待测对象的电压、电流值。

二、以实验电路为着力点，夯实学生的实验基础知识

随着素质教育的不断推进，高考实验命题动向也随之变化。高考电学实验，更多的是考查学生的基础知识和基本技能：仪器选择、电路设计、实物连线、图像处理等等。在平时的实验教学中，应以扎实的基础为前提，发挥学生思维的创造力，“举一反三”，从而夯实学生的创新基础。

例题.某同学测量阻值约为30kΩ的电阻Rx，有如下器材可选：

电压表V1（量程0-3V，内阻约10kΩ）

电压表V2（量程0-15V，内阻约100kΩ）

电流表A1（量程0-100μA，内阻约2kΩ）

电流表A2（量程0-5mA，内阻约1Ω）

滑动变阻器R（最大阻值1kΩ，额定功率1W）

电源E（电动势4V）

电键K和导线若干

（1）电流表应选 ，电压表应选 （填写字母代号）。

（2）为使测量误差尽量减小，要求测量多组数据，请画出符合要求的测量电路图。

解析：

（1）仪器的选择

本实验提供了2只电压表和2只电流表，我们可以从中各选一只电表来测量，为了尽量减小误差，要求所选用的电表在测量时其指针的偏转能达到满偏的23以上，且其最大测量值不能超过电表的量程。由于电源电动势为4V，所以电压表应选V1；通过电阻的最大电流：

URx=330×103

A=100μA，电流表应选A1。

（2）测量电路的设计

伏安法测电阻有两种测量电路：电流表内接法（图6甲）和电流表外接法（图6乙）。

a.由于所选的电表内阻均未知，电压表（或电流表）就无法算出自身的电流（或电压），测量值就会有误差。

由于本题中R2x>RA·RV，为了减小误差，所以采用电流表内接法。

b.若题设条件改成：电压表和电流表就一个内阻已知，该怎么办？若电压表内阻已知，就可以采用图6乙，让它直接与R测并联，准确得出R测=

URVIRV-U

；若电流表内阻已知，就可以采用图6甲，让它直接与R测串联，准确得出R测=UI-RA。

c.题设条件进一步改成：若电压表量程不能用，而两只电流表（一只内阻已知）正常可用。则可引导学生，用所学的改装电表知识来解决，用一只定值电阻R0和已知内阻的电流表A1串联改装成电压表（内阻已知），局部电路如图6丙所示。

d.另外在“测电源电动势与内阻”的实验中，电源内阻是待测电阻，若电流表内阻已知，则应把电流表直接串联在电源两端上（如图6丁所示），这样测出的内阻较准确，等于U—I图像的斜率绝对值减去电流表内阻。

图6

（3）控制电路的设计

为了减小误差，需要测量多组数据。把滑动变阻器接入电路中，改变通过待测电阻的电流I和其两端的电压U。滑动变阻器有两种接法，如图7甲所示的接法叫分压式，当把滑片P由左端移到右端时，电阻两端电压变化范围从0V到3V；如图7乙所示的接法叫限流式，由于滑动变阻器的最大阻值为1kΩ，待测电阻Rx约为30kΩ，当把滑片P由右端移到左端时，其两端电压从2.9V变化到3V，变化范围比图7甲的小。因此图7甲所示电路要比图7乙所示电路好，更符合题目要求。

图7

从以上分析可以看出，在选好实验仪器的前提下，只需把握好这两个方面：“测量电路”应注意电流表内、外接法；“控制电路”应注意分压式和限流式接法。它们是电路设计的基本框架。在此基础上，可根据题设条件灵活设计电路图（如本例“测量电路设计”中的b、c、d），为后面的实物连线打下坚实的基础。

三、从实验探究入手，提升学生的实验能力

随着教学改革的进一步深入，重视实验探究是新课标的要求。高考要求学生对考纲中所列的有关实验，都能明确实验目的，理解实验原理和方法，会控制实验条件，会正确使用仪器，会观察、分析实验现象，会记录处理实验数据，得出结论，对结论进行分析和评价。

下面结合“探究影响电阻大小因素”这个实验，来探讨学生实验探究能力的提高。

学情：在高二时候，学生已经做过测量金属电阻率这个实验。但学生在应用原理、连接电路、测量读数和处理图像上存在不少的困难，学生的水平层次不同，对该实验的掌握情况也就不同，也在一定程度上影响学生的兴趣。为了刺激层次不同的学生的兴趣，可让学生亲自动手探究，让学生体会得出规律的乐趣。从而提升学生实验探究能力。

为引导学生用控制变量法探究影响导体电阻各因素的定量关系，可设计如下实验方案：

（1）保持温度、材料、横截面不变，研究电阻和长度的关系；

（2）保持温度、材料、长度不变，研究电阻和横截面的关系；

（3）保持温度、长度、横截面不变，研究电阻和材料的关系；

（4）保持横截面、长度、材料不变，研究电阻和温度的关系。

再让学生自己找原理（伏安法测电阻），实验器材（电压表，电流表，电源，导线，开关，合金导线，刻度尺，滑动变阻器），设计电路（引导学生讨论安培表用外接法，还是内接法？），连接实物图（教师把关），明确注意事项。自己动手收集数据（教师引导下），处理数据（对比两种方法：计算列表法和图像法，采用图像法处理。讨论当用图像法分析处理实验数据时，如果碰到抛物线或双曲线，应怎么办），最后得出规律：在温度不变的情况下，电阻与材料、截面积、长度的关系R=ρL/S。另外电阻还跟温度有关（略）。

采用实验探究式，就是要让学生亲身经历知识的获取过程。学生通过主动参与实验设计、采集信息、处理数据、分析误差、得出规律。这样做比直接复习原理，介绍方法，然后盲目大量解题更有实际意义，能有效提高学生的认知能力、探究水平。

总之，我们要重视学生实验，以夯实基础知识为前提，以实验方法的迁移创新为导向，以培养探究能力为突破，加强学生在器材选择、方案设计、数据分析等方面的训练，提高学生自主探究的积极性，激发学生思维的创造性。物理实验能力的高低很大程度上与学生对物理的认识、思维、兴趣密切相关，僵硬地对待实验是不可能从根本上提高学生物理实验能力的。“冰冻三尺，非一日之寒”，要提高学生的物理实验能力，必须通过长期的、有计划的、富有成效的训练和培养，而高三实验复习得法也将大大提高实验复习效率。

（责任编辑 易志毅）