电学实验二轮复习中要注意的几个方向

上海 虞利刚

电学实验二轮复习中要注意的几个方向

上海 虞利刚

在一轮复习的基础上，重视实验深度和广度的挖掘，并以模型法应对新的问题是二轮复习的成功之道。

电学实验是高考的难点，主要原因是命题的创新度较大，学生难以应付，虽然在一轮复习后很多同学对课本实验能够做到熟悉，但遇到新问题就束手无策，主要原因是二轮复习时对自己综合能力的培养不够，所以电学实验二轮复习要在一轮复习的基础上构建更牢固的知识体系和方法体系，并灵活地应用各种知识小块和技巧，具体来说表现为三个方面。

一、加强对考纲实验的纵向挖掘

【例1】有一根细长而均匀的金属管线样品，横截面如图1所示。此金属材料重约1～2N，长约为30cm，电阻约为10Ω。已知这种金属的电阻率为ρ，密度为ρ0。因管内中空部分截面积形状不规则，无法直接测量，请设计一个实验方案，测量中空部分的截面积S0，现有如下器材可选：

图1

A.毫米刻度尺

B.螺旋测微器

C.电流表（600mA，1.0Ω）

D.电流表（3A，0.1Ω）

E.电压表（3V，6kΩ）

F.滑动变阻器（1 750Ω，0.3A）

G.滑动变阻器（10Ω，3A）

H.蓄电池（6V，0.05Ω）

I.开关一个，带夹子的导线若干。

（1）除待测金属管线外，还应选用的器材有_________（只填代号字母）。

（2）在方框中画出你所设计方案的实验电路图，并把所选仪器连成实际测量电路（如图2所示）。

（3）实验中要测量的物理量有______________________。

（4）计算金属管线内部空间截面积S0的表达式为____ _________________________。

图2

【解析】（1）本题核心是电阻的测量，考虑提供的设备条件，考虑用伏安法。需要的器材有ABCEGHI。需要说明的是电流表D量程太大，读数不准确，滑动变阻器F阻值太大调节不方便。

（2）由于Rx约10Ω，而RARV＝6 000Ω，所以采用电流表外接法。滑动变阻器分压或限流均可。

【答案】（1）ABCEGHI（有-个选错不得分）

（2）如图3所示

图3

（3）横截面直径a、管线长度l、电压表示数U、电流表示数I

【感悟】（1）器材选择的原则：精确性、安全性、可操作性。

（2）①“测定金属的电阻率”——原理是部分电路欧姆定律，电流表用外接法，变阻器用限流式（或分压式）接法；②“描绘小灯泡的伏安特性曲线”——原理是部分电路欧姆定律，电流表用外接法，变阻器用分压式接法；③“测电源的电动势和内阻”——原理是闭合电路欧姆定律，电流表用内接法，变阻器用限流式接法。可见，电学实验中考查最为频繁的就是测量电路与控制电路的选取。

（3）结合本例，在看下表，金属管件形状各异，测量的对象也发生变化，但是电路的选取。应用的公式是不变的，所以以本为本，应对创新才是良方妙策。

测量金属膜的电阻率测量金属管内径d测量中空部分的截面积S膜的厚度为d，伏安法测电阻，根据R＝ρLS求ρ＝πDdU ILD用千分尺测量，伏安法测电阻，根据R2＝ρ·LS，S＝π4（D2–d2）求dd用千分尺测量，伏安法测电阻，根据R＝ρlπd2 4-S求S

二、重视对考纲实验的广度拓展

【例2】（2015·河北衡水高三调研）一课外小组同学想要测量一个电源的电动势及内阻。准备的器材有：电流表（0～200mA，内阻是12Ω），电阻箱R（最大阻值9.9Ω），一个开关和若干导线。

（1）由于电流表A的量程较小，考虑到安全因素，同学们将一个定值电阻和电流表并联，若要使并联后流过定值电阻的电流是流过电流表的电流的2倍，则定值电阻的阻值R0＝________Ω。

（2）设计的电路图如图4所示。若实验中记录电阻箱的阻值R和电流表的示数I，并计算出得到多组数据后描点作出图线如图所示，则该电源的电动势E＝ ________V，内阻r＝________Ω。

图4

【解析】（1）由并联电路规律可知，并联部分电压相等，要使并联后流过定值电阻的电流是流过电流表的电流的2倍；则定值电阻的阻值应是电流表内阻的一半，故有

故E＝6.0V

图象与纵坐标的交点为-6.0＝-r-4

解得r＝2.0Ω。

【答案】（1）6 （2）6.0 2.0

【总结】重实验广度的拓展，主要体现为重实验原理的拓展与变化和实验器材的有效重组。原理的变化是创新的厉害，附带还会延伸数据处理的变化，像本题安阻法测电动势和内阻实验，就原理和数据的处理能演变出很多精彩。另外对于实验误差的处理方法也希望读者好好地挖掘。

电路图原理：E＝I（R＋r＋RA）数据处理R＋RA＝E1I-r斜率为E截距为rR＝1IE-（r＋RA）斜率为E截距为（r＋RA）1I＝1ER＋r＋RAE斜率为1E截距为r＋RAE1I＝1E（R＋RA）＋r E斜率为1E截距为rE

三、培养对典型实验模型的构建

【例3】（2015·吉林三模）在测量未知电阻Rx阻值的实验中，可供选择的器材有：

待测电阻Rx（阻值约300Ω）；

电流表A1（量程20mA，内阻约50Ω）；

电流表A2（量程50mA，内阻约10Ω）；

电阻箱R0（0～999.9Ω）；

滑动变阻器R1（20Ω，2A）；

滑动变阻器R2（1 750Ω，0.3A）；

电源E（电动势6.0V，内阻不计）；

开关S及导线若干。

图5

某同学采用如下方案进行测量：

a.按图5甲连好电路，调节滑片P和R的阻值，使电流表指针指在合适位置，记下此时A1示数I1、A2示数I2和电阻箱阻值R0；

b.将电流表A1改接到另一支路（如图5乙），保持电阻箱阻值R0不变，调节P，使A2示数仍为I2，记下此时A1示数I′1；

c.计算得到Rx的阻值。

（1）该同学按图甲连成如图丙所示的电路，请指出第________条导线连接错误（填图丙中表示导线的数字）。

（2）正确连线后，闭合S，将P从左向右滑动，发现开始时A2示数变化不大，当临近最右端时示数变化明显，这是选择了滑动变阻器______（填“R1”或“R2”）造成的。

（3）待测电阻Rx＝________（用I1、I2、R0、I′1的某些量表示）；针对该实验方案，下列说法正确的是________（填选项前的字母）。

A.电流表A1的内阻不会造成系统误差

B.电流表A2的内阻会造成系统误差

【解析】（1）由图甲可知，电流表A2负极接线，是连接在滑动变阻器的滑片P上，而图丙是接在滑动变阻器下面右侧的接线柱上，所以是第6条导线连接错误。

（2）由图甲可知，电压表采用分压式接法，滑动变阻器应选择最大阻值较小的那个，闭合S，将P从左向右滑动，发现开始时A2示数变化不大，当临近最右端时示数变化明显，这是选择了滑动变阻器R2造成的。

由于计算Rx大小，是根据电阻Rx与电阻箱并联电压相等，利用比值来计算的，所以电流表A1的内阻不会造成系统误差，电流表A2的内阻也不会造成系统误差，故A项正确，B项错误。

【引申】（2013·江苏高考）要测量一块多用电表直流10mA挡的内阻RA（约为40Ω），除此多用电表外，还有下列器材：直流电源一个（电动势E约为1.5V，内阻可忽略不计），电阻一个（阻值R约为150Ω），开关一个，导线若干。要求：

（1）写出实验步骤；

（2）给出RA的表达式。

【解析】（1）实验步骤：①用多用电表的直流电压挡测量电源电动势E。

②用多用电表的欧姆挡测电阻阻值R。

③将多用电表置于直流10mA挡，与电阻R及开关串联后接在电源两端，合上开关，记下多用电表读数I。

【感悟】从近年高考命题情况看，几个主要的电学实验都可以归纳为测电阻实验。所以下面就以测量电阻为例，希望读者引申拓展。

安安法如果已知的内阻R1，则可测得的内阻R2＝I1R1I2串联一定值电阻R0后，同样可测得的电阻R2＝I1（R1＋R0）I2伏伏法两电表的满偏电流接近时，若已知的内阻R1，则可测出的内阻R2＝U2U1R1并联一定值电阻R0后，同样可得的内阻R2＝U2U1R1＋U1R0比较法测得电阻箱R1的阻值及、的示数I1、I2，可得Rx＝I2R1I1（电表阻值不计）半偏法断开S2，闭合S1，调节R0，使表满偏为I0；保持R0不变，闭合S2，调节R，使表读数为I02，则RA＝R（电压半偏法读者自行思考）替代法双掷开关分别与1、2相接，调节电阻箱R1保证电流表两次读数相等，则R1的读数即等于待测电阻的阻值

测电阻可以是测量导体的电阻，也可以是电表的电阻，还可以是电源的内阻，不管哪种，依据原理都是欧姆定律或者闭合电路的欧姆定律。不同方法的数据处理与误差分析是实验的命题的另一个热点，大家在练习中要仔细地体会。

（作者单位：上海市七宝中学）