析五年江苏高考 观电学实验考查

(江苏省仪征中学，江苏 扬州 211900)

物理是一门以观察和实验为基础的科学，而实验教学有利于培养学生的核心素养，能在观察和实验中发现问题，提出合理的猜想和假设，具有设计探究方案和获取数据的能力，使用不同方法和手段分析来处理信息，并解释探究结果和变化趋势。这些能力的考查由于高考的考试模式限制，只能通过试卷反映学生的这些能力。在每年全国各地高考卷中，电学实验题也就成了必考的试题，通过电路的设计，可以考查学生的探究能力；通过电表读数培养学生的观察能力，通过电路故障的分析，考查学生的动手能力；通过数据的处理、误差的分析，考查学生的分析数据能力。

近五年来江苏高考的电学实验题主要围绕以下几个方面考查，如描绘小灯泡、二极管等元件的伏安特性曲线，掌握电流表和电压表的改装，多用电表的使用和读数，会使用螺旋测微器和游标卡尺，并能准确读数，会测量金属的电阻率，通过电路的设计掌握滑动变阻器的限流式和分压式连接，知道电流表的内接和外接，会测量电源的电动势和内阻。

1 各种器材读数和使用的考查

电学实验中考查读数主要围绕两把尺和三个表，即螺旋测微器、游标卡尺、电流表、电压表和多用电表。

1.1 游标卡尺

如图1所示，游标卡尺主要由主尺和游标尺两部分组成，主尺以毫米为单位，游标尺有10分度、20分度和50分度，分度值分别为0.1mm、0.05mm和0.02mm。读数时分两部分，其一为游标尺零刻度线左侧对应的主尺上面毫米的整数倍。其二为与主尺对齐的游标尺第N条刻度线，对应数值为N乘以分度值。二者之和即为最终读数，单位为毫米。该尺可以测直径，也可以测内径，还可以测量深度。

图1

1.2 螺旋测微器

图2为螺旋测微器，又称千分尺，其读数由固定刻度和可动刻度两部分构成，读数时先读出固定刻度上面露出0.5mm的整数倍，再读出可动刻度上面与固定刻度对齐的刻度线乘以0.01mm，可动刻度线必须估读到下一位，二者之和为最终读数。

图2

1.3 电流表和电压表

因中学电学实验中常用的电流表和电压表准确度级别较低，对估读不作要求。

1.4 多用电表

读数时先看选择开关所选的功能挡位，是测电阻，还是测电流、电压等。如图3所示，第一行为电阻，如果指针指在某一刻度线上，直接读出示数即可，可以不估读，用读出的值乘以倍率。第二行为直流电流、直流电压和交流电流，第三行为交流电压，多用电表在高中只对欧姆挡、直流电流挡和直流电压挡进行考查。

图3

江苏2014年高考电学部分考查了螺旋测微器的使用，2015年考查了电流表的读数，现以2014年高考题做分析。

例1：某同学通过实验测量一种合金的电阻率。用螺旋测微器测量合金丝的直径。为防止读数时测微螺杆发生转动,读数前应先旋紧如图4所示的部件 (选填“A”“B”“C”或“D”)。从图4中的示数可读出合金丝的直径_______mm。

图4

解析：对于螺旋测微器一般考查读数，但是该问考查了旋钮的功能，该题选择B。读数时需要估读，读数为0.410mm。

在5年考试中有2年对仪器的读数作了考查，在考查的同时关注学生对仪器的使用，各个功能需要熟悉，最近三年都没有考查仪器读数，在复习中对电压表的读数和多用电表测电阻时的读数需要关注。

2 实验电路的选择

关于电学实验的电路需要关注原理电路图和实物电路图，在具体的连接过程中对滑动变阻器的限流、分压两种控制电路的原理把握要准，对安培表的内、外接要区分清楚，并注意电表的正负极。

2.1 限流式

图5

如图5所示，滑动变阻器与待测电阻串联，滑动变阻器右半部分被短路，滑片向右移动，电流变小，待测电阻上的电压变小，但是其上电压无法减小到0。这种电路的设计在江苏高考题中是常规电路，一般不需要学生去设计，在测定电源电动势和内阻的实验中对这个电路考查得较多。

2.2 分压式

图6

如图6所示，滑动变阻器左半部分与待测电阻并联，滑片向右滑动，待测电阻上的电压增大，当滑片移动到最左端时，待测电阻被短路，待测电阻上的电压为0，与限流式不同之处在于其上电压可以从零开始调节。这种电路的设计，往往容易被学生忽视，是考查的热点，现以2013年江苏高考为例进行分析。

例2：为探究小灯泡的电功率P和电压U的关系,小明测量小灯泡的电压U和电流I,利用P=UI得到电功率。实验所使用的小灯泡规格为“3.0V 1.8W”,电源为12V的电池,滑动变阻器的最大阻值为10Ω。

(1) 准备使用的实物电路如图7甲所示。请将滑动变阻器接入电路的正确位置(用笔画线代替导线)。

解析：根据测量要求，本实验需要使加在小灯泡上的电压有较大变化范围，故滑动变阻器选择分压式，电路连接如图7乙所示。

对于电路的设计首先要能够画出原理图，对照原理图再去分析实物图，五年来江苏高考给出的都是实物图，所以无论如何考查，都要回归本源，回归到实验室的操作中去，认清了原理才能准确地连接实物图，并能分析电路中出现各种故障的原因，电流表内接和电流表外接法仅在2014年江苏高考中做了考查。

图7

3 实验器材的选用

一个完整的电学实验，其中涉及的器材很多，主要包括电源、开关、电压表、电流表、滑动变阻器、电阻箱、多用电表等。5年来江苏高考3年考查了器材的选用，2013年考查的是定值电阻选用，2016年考查的是电流表的选用，2017年考查的是电源E的选择和滑动变阻器的选用，现以2017年江苏高考试题作分析。

例3：某同学通过实验制作一个简易的温控装置，实验原理电路图如图8所示，继电器与热敏电阻Rt、滑动变阻器R串联接在电源E两端，当继电器的电流超过15mA时，衔铁被吸合，加热器停止加热，实现温控.继电器的电阻约为20Ω，热敏电阻的阻值Rt与温度t的关系如表1所示。

表1

图8

(1) 提供的实验器材有：电源E1(3V，内阻不计)、电源E2(6V，内阻不计)、滑动变阻器R1(0～200Ω)、滑动变阻器R2(0～500Ω)、热敏电阻Rt，继电器、电阻箱(0～999.9Ω)、开关S、导线若干。

为使该装置实现对30～80℃之间任一温度的控制，电源E应选用______(选填“E1”或“E2”)，滑动变阻器R应选用_____(选填“R1”或“R2”)。

解析：由表1知当温度为30℃时，热敏电阻的阻值为199.5Ω，继电器的阻值为30Ω，当电流为15mA时,得到E=3.3V,所以电源取E2。当温度为80℃时，热敏电阻的阻值为49.1Ω，则变阻器电阻为330.9Ω，所以滑动变阻器R应选用R2。

各种器材的选择要首先保证电路安全，电源的选择要保证流过电流表的电流和加在电压表上的电压均不超过使用量程，然后合理选择量程，务必使指针有较大偏转，以减少读数误差，流过滑动变阻器、定值电阻和电阻箱的电流不能超过其额定值。

4 电路故障的分析

常见的电路故障如下：(1) 闭合开关时灯泡不亮、电流表和电压表无示数，电源、电流表、开关或滑动变阻器损坏或者接线柱接触不良，出现了断路。

(2) 电流表与电压表的示数为零，可能是电流表和电压表的正负接线柱接反。

(3) 电流表与电压表的指针偏转角度很小，可能是电流表与电压表的量程选择过大或者电源电压过低。

(4) 电表的指针超过最大刻度，可能是电表量程选择过小、电路中出现短路。

(5) 滑动变阻器的滑片滑动时，电表示数及灯泡的亮度不变，可能是滑动变阻器连接错误，没有遵循“一上一下”的接线原则，同时接在了上面或者下面两个接线柱上。

在近五年的江苏高考中，2014年是发现电压表和电流表的指针只在图示位置发生很小的变化，分析其原因，2017年高考是分析电路故障，现以2014年的高考试题作分析。

图9

例4：(1) 如图9所示是测量合金丝电阻的电路,相关器材的规格已在图中标出。合上开关,将滑动变阻器的滑片移到最左端的过程中,发现电压表和电流表的指针只在图示位置发生很小的变化。由此可以推断:电路中________(选填图中表示接线柱的数字)之间出现了_______(选填“短路”或“断路”)。

(2) 在电路故障被排除后,调节滑动变阻器,读出电压表和电流表的示数分别为2.23V和38mA,由此,该同学算出接入电路部分的合金丝的阻值为58.7Ω。为了更准确地测出合金丝的阻值,在不更换实验器材的条件下,对实验应做怎样的改进?请写出两条建议。

解析：(1) 电表指针在图示位置发生很小的变化，即电压表读数在3V左右，电流表读数几乎为0。接线柱7、9间发生断路时，会出现这个情况。

2017年高考试题为已经知道了故障，要求选择器材去判断，在高考复习中对于实验出现的各类故障问题要做详细的归类，方能从容面对。

5 实验的正确操作和实验步骤考查

实验能力是高考重点考查的内容，可是在高考题中只能是“纸上谈兵”，为考查学生的动手能力，命题者考虑从实验器材的使用出发，近五年来江苏高考考了3次器材的使用，2013年考查了测量结束后的操作，2016年考查了电阻箱的使用，2017年考查了多用电表的使用，尤其是最近的两年都考查了操作步骤的正确顺序，现以2016江苏高考题作分析。

图10

例5：小明同学通过实验探究某一金属电阻的阻值R随温度t的变化关系。已知该金属电阻在常温下的阻值约为10Ω，R随t的升高而增大。实验电路如图10所示，控温箱用以调节金属电阻的温度。实验时闭合S,先将开关K与1端闭合，调节金属电阻的温度，分别记下温度t1，t2，…和电流表的相应示数I1，I2，…。然后将开关K与2端闭合,调节电阻箱使电流表的示数再次为I1，I2，…,分别记下电阻箱相应的示数R1，R2，…。

(1) 有以下两种电流表,实验电路中应选用______。

A. 量程0～100mA,内阻约2Ω

B. 量程0～0.6A,内阻可忽略

(2) 实验过程中,要将电阻箱的阻值由9.9Ω调节至10.0Ω,需旋转图中电阻箱的旋钮“a”“b”“c”,正确的操作顺序是_______。

① 旋钮a由“0”旋转至“1”；②旋钮b由“9”旋转至“0”；③旋钮c由“9”旋转至“0”。

(2) 电阻箱的调节要从大到小，确保电路安全，所以顺序是：①②③或①③②。

6 结语

2016年和2017年都考查了实验的正确操作步骤，对数据的考查和误差的分析也是考查的重点，比如2015年考查了测电源电动势和内阻的误差分析，通过作图考查了数据处理。由于高考的选拔性要求，试题以课本实验为背景，通过改变实验条件、实验仪器设置题目，不脱离教材而又不拘泥教材，体现了开放性、探究性等特点。不过从2016和2017年的命题来看，电学实验题的考查逐渐回归到常规题目，所以在高考实验复习中，有条件的可以让学生把测定金属的电阻率、描绘小灯泡的伏安特性曲线、测定电源的电动势和内阻、练习使用多用电表的实验都操作一遍。在练习的过程中不必要追求难、偏、怪、非常规的问题，回归常规，回归课本，才是高考物理电学实验复习取得成功的关键。

参考文献：

[1] 崔瑶.2007—2016年高考全国卷物理电学实验试题研究[D].重庆：重庆师范大学，2017：8-14.

[2] 李胜强.江苏高考近3年电学实验题的命题特色及备考策略[J].中学物理，2017,(5)：52-53.