中考常考电学实验器材选择问题的分析与思考

黄 坤

湖北省武汉市光谷第二初级中学(430074)

《义务教育物理课程标准(2011年版)》指出，要发挥实验在物理教学中的重要作用，物理实验是科学探究的主要方式之一，它对学生发展实验能力、提高科学素养方面发挥着重要作用。对于常考的电流与电压、电阻关系实验和测量小灯泡电功率实验，课程标准明确规定必须通过实验来学习，而且近几年各地中考试题中经常出现此类考题。从学生答题情况来看，由于“按方抓药”的菜单式实验操作模式往往将学生的思维模式逐渐固化，导致学生对简单的常规问题，由于“训练有素”答题情况较理想。但当遇到实验器材选择的问题时，学生不知所措。本文中，笔者对电学实验器材选择问题进行了归类分析，以期对电学实验的教与学有所帮助。

1 电路确保安全原则

在初中电学实验中，主要构成电路元件有电源、用电器、电表和开关。而我们通常所说的电路安全一般是指用电器、电表的安全使用，也就是在电路中不能超过最大阻值、最大电流或最大电压，并且各元件之间相互都能工作(配合使用)。

2 遵循实际要求原则

若试题中明确提出某些特定的测量要求，此时就必须遵循电路实际要求进行电学物理量之间数学关系的推导和分析，从而得出合适的器材选择。

3 滑动变阻器的选择

两个实验中都用到了滑动变阻器，而滑动变阻器在不同实验中的作用不同，因此必须在经历完整的探究实验后，及时总结和归纳得出滑动变阻器的选择方法。

3.1 电流与电压关系实验中滑动变阻器的选择

例题1：在“探究通过导体的电流与导体两端的电压的关系”的实验中，如果所用的电源电压为12 V，定值电阻铭牌上标有“10 Ω，0.5 A”。现实验室有4种规格的滑动变阻器：“5 Ω，2 A”“20 Ω，1.5 A”“50 Ω，1 A”“100 Ω，0.2 A”。请问应该选择的滑动变阻器是________。

解析：结合题目告知的条件，10 Ω定值电阻两端允许加载的最大电压值为U=IR=10 Ω×0.5 A=5 V，接下来我们对四种规格的滑动变阻器分别作如下讨论分析。

通过以上计算可得出合适的器材选择，正是基于滑动变阻器在探究电流与电压关系实验中作用，即尽可能多次改变定值电阻两端电压，从实验的简便性来说，需调整定值电阻两端的电压为整数值，便于读数、记录和计算(因涉及到U∶I比例运算)。对于正确的理解实验中滑动变阻器作用以及分析给定器材规格，结合串联电路中物理量关系来进行定量分析是解决此问题的关键。

答案：50 Ω,1 A。

3.2 电流与电阻关系实验中滑动变阻器的选择

例题2：小明利用如图1甲所示的电路探究电流跟电阻的关系。已知电源电压为6 V且保持不变，实验用到的电阻阻值分别为5 Ω、10 Ω、15 Ω、20 Ω、25 Ω。

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(1)请根据图1甲所示电路图将图1乙所示的实物电路连接完整(导线不允许交叉)。

图1 例题2图示

(2)实验中多次改变R的阻值，调节滑动变阻器的滑片，使电压表示数保持不变，记下电流表的示数，得到如图丙所示的电流I随电阻R变化的图像。

①由图1丙所示图像可以得出结论：电压一定时，________________________________。

②上述实验中，小明用5 Ω的电阻做完实验后，接下来的操作是________，然后将10 Ω的电阻接入电路，闭合开关，移动滑片，使电压表示数为________V时，读出电流表的示数。

(3)为完成整个实验，应该选取最大阻值不小于________Ω的滑动变阻器。

答案：(1)略。(2)①电流与电阻成反比；②断开开关；③2.5。(3)35。

3.3 测量小灯泡电功率实验中滑动变阻器的选择

例题3 某同学在测量小灯泡电功率的实验中，提供的器材有：6 V 铅蓄电池组、电流表、电压表、额定电压为2.5 V 的待测小灯泡、开关、导线，规格为”50 Ω,1 A”和“10 Ω,1.5 A”的两种滑动变阻器。实验时连接的电路如图2甲所示。

图2 例题3图示

(1) 正确连接电路，将滑动变阻器的滑片移到最________端，然后闭合开关，发现无论怎么移动滑片小灯泡都不亮，电压表有示数，电流表指针几乎不动，产生这个现象的原因是________________。

(2) 排除故障后，闭合开关继续实验。当电压表示数为2.5 V 时，电流表示数如图2乙所示，则小灯泡正常发光时通过灯丝的电流为________A，小灯泡的额定功率为______W。当 电压表示数为1 V 时，灯丝电阻______(选填“大于”“小于”或“等于”)9 Ω。

(3)为顺利完成实验，在实验中应选用规格为________的滑动变阻器。

答案：(1)左，小灯泡断路(或灯丝断了)。(2)0.25，0.7，小于。(3)50 Ω,1 A。

4 定值电阻的选择

这一类问题一般出现在探究电流与电阻关系实验中，由于定值电阻和滑动变阻器都属于电阻，因此在串联电路中，对于给出可供选择的定值电阻后，就要从该实验的核心要点入手——串联分压电阻比是定值。

例题4：图3甲是某同学探究电流与电阻的关系的实验电路。已知电源电压恒为4.5 V，滑动变阻器规格为“20 Ω,1 A”，可供选择的定值电阻的阻值为5 Ω、10 Ω、15 Ω、20 Ω、25 Ω和30 Ω。

图3 例题4图示

(1)该同学根据图3甲连接的实物电路如图3乙所示，其中一根导线连接是错误的，请在图3乙中将这根线打上“×”，并画出正确的连线。

(2)电路连接正确后，先用5 Ω的定值电阻进行实验，闭合开关后，移动滑动变阻器的滑片，此时电流表的示数如图3丙所示，则电路中的电流为________A；再将5 Ω的定值电阻换成10 Ω定值电阻进行实验，移动滑片直至电压表示数为________V，并记录电流表的示数。

(3)该同学还想多测几组数据，但他不能选用的定值电阻是________。

答案：(1)图略。(2)0.4，2。(3)20 Ω、25 Ω和30 Ω。

5 电源的选择

例题5：某同学利用如图4所示的电路探究电流与电阻的关系。实验中电源电压保持不变，选用的定值电阻的阻值分别为5 Ω、10 Ω、15 Ω、20 Ω和25 Ω，滑动变阻器的规格为“30 Ω,1.5 A”。

图4 例题5图示

(1)该同学接错了一根导线，请你在这根导线上打上“×”，并画出正确的那根导线。

(2)正确连接电路后，先用5 Ω的定值电阻进行实验，闭合开关后，移动滑片，当电流表示数为0.4 A时记下电压表的示数；接着将5 Ω的电阻换成另外4个定值电阻进行实验，每次观察到电压表的示数为________V时，记录电流表的示数。分析实验数据，得出结论是：在电压一定时，______。

(3)若实验中电源电压有4 V、6 V、8 V和10 V 4种可选，则选用的电源电压可能是____V。

答案：(1)图略。(2)2，电流与电阻成反比。(3)4。

6 小结

通过前面中考电学实验中常考的5种有关器材选择问题的归类分析，使教师在进行此类问题的教学中，以学生为本，站在学生的角度，逐步捋清串联电路下的每一类探究实验中，如何抓住实验的核心要点，构建特定的串联分压电阻比例关系式，仔细的分析、判断或排除，最终达到触类旁通的效果。