立足實驗探究能力,提高電學實驗復習效率

電學實驗在物理高考實驗試題中一直占有相當重要的地位，新課程下的物理高考試題非常重視對基本實驗能力的考查，同時也加強了對實驗探究能力的考查，因此立足強化實驗探究能力，是提高電學實驗復習效率的關鍵。下面將探討如何提高培養(yǎng)學生實驗探究能力，提升高考物理電學實驗復習效率的一些嘗試。

1 明確高考物理電學實驗的要求

高考中電學實驗的要求有三個層次。第一個層次是:會使用基本的電學實驗儀器，如:電流表、電壓表、多用電表、滑動變阻器、電阻箱等。要求了解儀器的基本結構，熟悉各部分的名稱，懂得測量原理，明確注意事項，掌握合理的操作方法，會正確讀數(shù)。

第二個層次是:會完成基本的電學實驗，明確實驗目的，理解實驗原理和方法，能控制實驗條件;會觀察、分析實驗現(xiàn)象;會記錄、處理實驗數(shù)據(jù)，得出結論，并對結論進行分析和評價。例如:測定金屬的電阻率、描繪小電珠的伏安特性曲線、測定電源的電動勢和內(nèi)阻等。

第三個層次是:電學實驗能力的“遷移”能力。能運用已學過的理論、實驗方法和實驗儀器去發(fā)現(xiàn)問題、處理新問題，并制定解決方案，包括簡單的設計性實驗。體現(xiàn)在:①用所學過的原理去設計一個實驗來測定某一物理量。②實驗原理和方法的遷移，即用學生實驗中用過的方法去設計實驗完成其它物理量的測量。

2 高考物理電學實驗試題的的特點

2.1 注重對基本電學實驗儀器的考查。

對常用的電學儀器要熟練運用，這是電學實驗的基礎知識和基本技能。電學實驗器材和量程的選擇要掌握以下幾個原則:

①安全性原則，即實驗時不會出現(xiàn)器材因過載而被毀壞現(xiàn)象。

②合理性原則，即適當提高電流、電壓值，使電表的指針有較大偏轉(一般取滿偏度的23左右)，以提高測試的準確度，減少誤差。

③適用性原則，即所選擇的實驗器材應滿足實驗要求，有較大范圍的靈敏調(diào)節(jié)。

例1 (2009理綜全國2卷)某同學利用多用電表測量二極管的反向電阻。完成下列測量步驟:

(1)檢查多用電表的機械零點。

(2)將紅、黑表筆分別插入正、負表筆插孔，將選擇開關拔至電阻測量擋適當?shù)牧砍烫帯?/p>

(3)將紅、黑表筆____①_______，進行歐姆調(diào)零。

(4)測反向電阻時，將____②______表筆接二極管正極，將____③_____表筆接二極管負極，讀出電表示數(shù)。

(5)為了得到準確的測量結果，應讓電表指針盡量指向表盤____④_______(填“左側”、“右側”或“中央”);否則，在可能的條件下，應重新選擇量程，并重復步驟(3)、(4)。

(6)測量完成后，將選擇開關拔向_____________⑤________________位置。

解析 本題通過考查多用電表的使用，考查學生的實驗操作能力，要求學生熟練掌握多用電表使用方法，包括機械調(diào)零、選擇量程、歐姆調(diào)零、對歐姆表盤的認識 以及實驗習慣。

參考答案 ①短接;②紅;③ 黑;④中央;⑤OFF。

2.2 注重電學實驗操作過程和實驗方法的考查。

考查內(nèi)容包括根據(jù)實驗要求和所給出的實驗儀器設計實驗原理、作實驗電路圖、寫出實驗步驟、寫出數(shù)學表達式并推導出結果，考查對相關的電學基本概念和規(guī)律、實驗原理和方法等內(nèi)容的理解和掌握情況。

例2 (2009理綜海南卷)如圖1是利用兩個電流表○A1和○A2測量干電池電動勢E和內(nèi)阻r的電路原理圖。圖中S為開關，R為滑動變阻器，固定電阻R1和○A1內(nèi)阻之和為10 000Ω(比r和滑動變阻器的總電阻都大得多)，○A2為理想電流表。

①按電路原理圖在圖2虛線框內(nèi)各實物圖之間畫出連線。

②在閉合開關S前，將滑動變阻器的滑動端c移動至________(填“a端”、“中央”或“b端”)。

③閉合開關S，移動滑動變阻器的滑動端c至某一位置，讀出電流表○A1和○A2的示數(shù)I1和I2。多次改變滑動端c的位置，得到的數(shù)據(jù)為:

④利用所得曲線求得電源的電動勢E=______V，內(nèi)阻r=______Ω。(保留兩位小數(shù))

⑤該電路中電源輸出的短路電流為____A。

解析 本題考查了學生基本的實驗方法，考查了對電源電動勢、內(nèi)電阻測量的實驗原理和方法、實驗數(shù)據(jù)的分析等內(nèi)容的理解和掌握情況。

參考答案 ①略;②b端;③略;④1.49(1.48~1.50)，0.60(0.55~0.65);⑤2.4(2.3~2.7)。

2.3 注重對實驗探究能力的考查，強調(diào)實驗創(chuàng)新。

一般通過實驗設計的考查，要求在掌握基本實驗原理基礎上，應用基本測量儀器自行設計實驗方案，涉及到對實驗原理的再認識和加工，實驗方案的確定(包括實驗器材的選擇和遷移運用)，實驗步驟的安排 ，實驗數(shù)據(jù)的處理方法等。對于設計實驗，要能做到:

①明確實驗目的，在相應的物理現(xiàn)象中，應用所學知識，確定實驗的原理。

②選擇實驗方案，對于同一個實驗目的，可能存在多種實驗原理，形成多種設計方案。

③選定器材。應考慮該方案所需要的裝置，確定實驗所用器材。

④擬定步驟，合理有序。實驗之前應以正確操作和提高效率的角度擬定一個合理而有序的實驗步驟。

⑤數(shù)據(jù)處理，誤差分析。應該掌握常用的數(shù)據(jù)處理方法(如:平均法、圖象法、描跡法、比較法等)和誤差分析方法(如:絕對誤差、相對誤差等)，并在設計實驗時也充分予以考慮。

例3 (2009理綜山東卷)為了節(jié)能和環(huán)保，一些公共場所使用光控開關控制照明系統(tǒng)。光控開關可采用光敏電阻來控制，光敏電阻是阻值隨著光的照度而發(fā)生變化的元件(照度可以反映光的強弱，光越強照度越大，照度單位為Lx)。某光敏電阻Rp在不同照度下的阻值如下表:

①根據(jù)表中數(shù)據(jù)，請在給定的坐標系(圖3)中描繪出阻值隨照度變化的曲線，并說明阻值隨照度變化的特點。

②如圖4所示，當1、2兩端所加電壓上升至2V時，控制開關自動啟動照明系統(tǒng)，請利用下列器材設計一個簡單電路。給1、2兩端提供電壓，要求當天色漸暗照度降低至1.0Lx時啟動照明系統(tǒng)，在虛線框內(nèi)完成電路原理圖。(不考慮控制開關對所設計電路的影響)

提供的器材如下:光敏電源E(電動勢3V，內(nèi)阻不計);定值電阻:R1=10kΩ，R2=20kΩ ，R3=40kΩ(限選其中之一并在圖中標出)。開關S及導線若干。

答案 (1)①bcd;②更換不同的小重物。

(2)①光敏電阻的阻值隨光照變化的曲線如圖5所示。

特點:光敏電阻的阻值隨光照強度的增大非線性減小。

②電路原理圖如圖6所示。

解析 本題主要考查電路設計，要求學生會正確分析數(shù)據(jù)圖表以及具有較好的作圖能力，并能根據(jù)題目所給的條件正確設計電路，對學生實驗探究能力有較高要求。

2.4 注重對實驗知識遷移運用能力的考查。

對這方面能力的要求有:

①基本實驗儀器的遷移運用能力。

如:“伏安法測電阻”中滑動變阻器的連接，需根據(jù)實驗器材的限制條件，將其連成分壓式接法或限流式接法。考生只有在理解滑動變阻器兩種按法的特點、運用條件的基礎上才能正確做出選擇。

②實驗方法、原理的遷移運用能力。

學生需要掌握實驗的一般原理進行實驗設計和實驗操作的技能。首先要求明確各個實驗的目的、原理或理論根據(jù)。根據(jù)實驗的原理、要求對實驗進行設計。包括用什么物理定律、公式;電學實驗用什么電路圖等。還要搞清哪些是己知量、被測量，然后選擇所需的儀器和實驗條件，進而設計好實驗步驟，畫好記錄表格等。

③學生正確記錄實驗數(shù)據(jù)，并能進行運算和分析，得出正確結論。

例2 (2009理綜北京卷)某同學通過查找資料自己動手制作了一個電池。該同學想測量一下這個電池的電動勢E和內(nèi)電阻r，但是從實驗室只借到一個開關、一個電阻箱(最大阻值為999.9Ω，可當標準電阻用) 一只電流表(量程IR=0.6A，內(nèi)阻rg=0.1Ω)和若干導線。

①請根據(jù)測定電動勢E和內(nèi)電阻r的要求，設計圖7中器件的連接方式，畫線把它們連接起來。

②接通開關，逐次改變電阻箱的阻值R，讀出與R對應的電流表的示數(shù)I，并作記錄。當電阻箱的阻值R=2.6Ω時，其對應的電流表的示數(shù)如圖8所示。處理實驗數(shù)據(jù)時，首先計算出每個電流值I 的倒數(shù)1I;再制作R1I坐標圖。如圖9所示，圖中已標注出了(R，1I)的幾個與測量對應的坐標點。請你將與圖8中實驗數(shù)據(jù)對應的坐標點也標注在圖上。

③在圖上把描繪出的坐標點連成圖線。

④根據(jù)描繪出的圖線可得出這個電池的電動勢E=______V，內(nèi)電阻r=______Ω。

參考答案 ①略 ;②略;③略;④1.5(1.46~1.54);0.3(0.25~0.35)。

解析 本題通過考查測量電源電動勢和內(nèi)阻的實驗設計，考查學生的實驗遷移能力和數(shù)據(jù)處理能力。

3 對電學實驗的復習建議

(1)注意培養(yǎng)學生良好的學習物理實驗的習慣。對每一個實驗，首先明確實驗目的，結合所掌握的知識，思考實驗原理;選擇實驗器材，制定實驗步驟，最后進行誤差分析。對于同一實驗，思考有無不同的實驗原理，拓展實驗思路，提升實驗能力，盡可能不要造成先入為主的思維定勢，以免使思維受到限制。

(2)注意總結實驗方法并進行拓展遷移，增強解決實驗問題的能力和信心。要注意操作步驟，拓展設計性實驗的思路。提高設計實驗的能力，認真體會物理教材上的實驗思想。挖掘物理教材中所蘊含的大量的實驗設計方法。善于聯(lián)想對比，拓展知識。例如:學會了利用半偏法測定電流表的內(nèi)阻后，就要拓展到利用半偏法測定電壓表的內(nèi)阻;學會了電流表的校表電路之后，也要拓展到設計電壓表的校表電路中來。

(3)注意總結誤差的分析及對實驗的總結和評價等，學會列表法處理數(shù)據(jù)，用它檢查測量結果的合理性，及時發(fā)現(xiàn)問題和分析問題，找出各物理量的規(guī)律性聯(lián)系，求出經(jīng)驗公式等;學會用作圖法處理數(shù)據(jù)。可根據(jù)圖線找函數(shù)關系，確定圖線的方程，平滑曲線還具有多次測量取平均值的效果，有時可根據(jù)圖線發(fā)現(xiàn)測量錯誤。

(4)多進實驗室進行實際操作，熟悉各種實驗器材的使用。理論與實踐相結合，才能更好地提高實驗能力。實驗題中的實物連線，實驗步驟排序、糾錯、補漏、實驗誤差的排除、錯誤的糾正等，這些都是實際操作的情景再現(xiàn)，如果沒有動手做過這些實驗就不可能答好這些問題。復習中，盡可能開放學校的實驗室，讓學生重溫實驗的實際操作。

(欄目編輯鄧 磊)