例析电学实验题的3个命题类型

2023-01-07林树阳

高中数理化 2022年22期

林树阳

(福建省厦门市厦门英才学校)

在高中物理各类试卷中,实验题是必考类型,其中电学实验题又是实验题的重要组成部分.实验题的命制虽然也遵循源于课本的命题原则,但由于其考查形式灵活,每年都能推陈出新,在考查学生创新能力和实践能力的同时,体现物理学科核心素养要求,要求考生具备更强的知识灵活运用能力和熟练的实验操作能力.下面,我们就结合例题来看看电学实验题的3个命题类型,以期对大家的备考有所启发.

1 常规综合性考查

常规综合性考查是最常见的命题方式,命题者通常会将实验操作步骤、仪器选择、误差分析、故障排除等与实验相关的重要考点结合在一起进行设计,以实现对考生多种能力的考查.对于该类型试题,解题策略是先认真审题,运用化整为零的方法,将单一原理一一分离出来,然后分析将它们结合在一起的具体联系,最后运用对应知识点解题即可.

例1 如图1所示,是小明所在实验小组为测定电源电动势和内阻而设计的实验电路,其中用到的实验器材如下:

图1

A.待测干电池(电动势约为3V)

B.电流表(量程0.6A,内阻小于1Ω)

C.变阻箱(0～99.99Ω)

D.滑动变阻器(0～10Ω)

E.单刀双掷开关、单刀单掷开关、若干导线

(1)实验小组正确连接电路后,通过控制开关状态测量得到电流表内阻约为0.20Ω,试分析产生测量误差的原因.

(2)简要写出通过以上器材和电路图测定电源电动势和内阻的实验步骤.

本题考查学生实验操作、仪器的选择及误差分析能力,是最常见的综合性考查方式.本题的难点在于需要熟悉“半偏法”.

(2)测定电源电动势和内阻的实验步骤:①断开单刀单掷开关,单刀双掷开关接D,调节变阻箱至合适阻值,读出电流表示数和变阻箱读数;②调节变阻箱的阻值,重复上述步骤5次.

2 加入陌生仪器的考查

有时候,命题者会加入某个我们在学习中没有使用过的陌生仪器(通常都是在我们已掌握的知识基础上能够理解的),以增加试题的难度.该类型试题旨在考查学生灵活利用所学原理和方法,在题目限定的范围内激发思维,最终得出符合要求的解决方案的能力.解答这一类型的试题,熟练掌握教材中的基本实验,并且真实动手操作过,对实验原理有清晰的认知是关键.审题时通过分析、类比、变换等思维方法,找到涉及的课本原型或常规解题方法,便能得出解题方案.

例2 如图2 所示,是某实验小组按照要求在降温过程中测量95～20 ℃之间多个温度下热敏电阻RT的阻值的实验所用器材.其中热敏电阻RT放在控温箱M中;电流表最大量程为6mA,内阻数十欧姆;电源E是直流电源,电动势约3V,内阻很小;R是电阻箱,最大阻值999.9Ω;另有1个开关和若干导线.

图2

(1)用笔画线代表导线,完成实验电路图的连接.

(2)以下是实验步骤,请完成其中的填空.

①正确连接电路.

②调节控温箱的温度到95 ℃.

③调节电阻箱初值,保证电路中各个仪器安全.

④闭合开关,调节电阻箱,记录电流表的示数I0,并记录________.

⑤将RT的温度降至T1(20℃＜T1＜95℃),调节电阻箱使电流表读数为______,记录______.

⑥当热敏电阻的温度为T1时,其电阻值RT1＝_________.

⑦逐步降低T1的数值,直至20 ℃;在每一温度下重复步骤⑤⑥.

虽然题目叙述内容很多,还有温控箱这类我们平时很少接触的实验器材,但是仔细审读题目我们就能发现,该题目难度不大,是简单的欧姆定律结合电阻的阻值与温度的关系的实验.

(1)由于不知道电流表内阻,因此不能将其替代为电压表,只能选择电流表与热敏电阻串联.电阻箱代替滑动变阻器控制电路,可作为限流器.由此可知实验电路就是一个简单的串联电路,如图3所示.

图3

(2)审题可知,热敏电阻在95 ℃时的阻值可认为是已知量.读出电流表示数I0,可设此时电路中的总电阻为R′0,则可知R′0＝RT＋RA＋R0＋r,上式中RT为95 ℃时热敏电阻的电阻值,RA为电流表内阻,R0为电阻箱的读数,r为电源内阻.现将RT的温度降为T1,调节电阻箱,若保持电流表读数仍为I0,则表明电路中总电阻仍为R′0,此时有R′0＝RT1＋RA＋R1＋r＝RT＋RA＋R0＋r,则RT1＋R1＝RT＋R0,即RT1＝RT＋R0－R1.这就是我们常用的替代法.