解讀2011年高考全國理綜卷I電學實驗題

許 文

（華中科技大學附屬中學 湖北 武漢 430074）

高考物理科的《考試說明》中明確指出，考生應具有理解能力、推理能力、分析綜合能力、應用數學工具處理物理問題的能力與實驗能力.其中對實驗能力的要求是：能獨立的完成所列的實驗，能明確實驗目的，能理解實驗原理和方法，能控制實驗條件，會使用儀器，會觀察、分析實驗現象，會記錄、處理實驗數據，并得出結論，對結論進行分析和評價；能發現問題、提出問題，并制定解決方案；能運用已學過的物理理論、實驗方法和實驗儀器去處理問題，包括簡單的設計性實驗.

下面是一個電學實驗題，此題的能力立意較高，考查了《考試說明》中的實驗能力，且具有一定的探究性，為以后的高考備考物理實驗復習起到了一定的導向性作用.

題目：（2011年高考全國卷Ⅰ第23題）使用多用電表測量電阻時，多用電表內部的電路可以等效為一個直流電源（一般為電池）、一個電阻和一個表頭相串聯，兩個表筆分別位于此串聯電路的兩端.現需要測量多用電表內電池的電動勢，給定的器材有：待測多用電表、量程為60mA的電流表、電阻箱、導線若干.實驗時，將多用電表調至×1Ω擋，調好零點；電阻箱置于適當數值完成下列填空：

（1）儀器連線如圖1所示（a和b是多用電表的兩個表筆），若兩電表均正常工作，則表筆a為______（填“紅”或“黑”）色；

圖1

（2）若適當調節電阻箱后，圖1中多用電表、電流表與電阻箱的示數分別如圖2（a）、（b）、（c）所示，則多用電表的讀數為______Ω，電流表的讀數為______mA，電阻箱的讀數為______Ω；

（3）將圖1中多用電表的兩表筆短接，此時流過多用電表的電流為______mA（保留3位有效數字）；

（4）計算得到多用電表內電池的電動勢為______V（保留3位有效數字）.

圖2

解析：此題的實驗目的是測量多用電表內電池的電動勢E，但同時還考查了多用表的基本結構，基本測量儀器的讀數，實驗的基本原理與創新設計.具體表現在以下方面.

（1）基本測量儀器的使用與讀數

中學物理實驗中對于一般的基本測量儀器的讀數需要進行估讀，但對不同的測量器材往往有不同的估讀要求.本實驗主要是電阻箱及電表的使用與讀數.由于受電表等級與測量精度的影響，電表通用的估讀規則是：最小分度是1，0.1，0.01的電表，要求在最小分度的下位按進行估讀；最小分度是2，0.2，0.02或5，0.5，0.05的電表，要求在最小分度的本位按或進行估讀；對刻度不均勻的電表（如Ω刻度），也要求在最小刻度的本位進行估讀；對于電阻箱、機械秒表、游標卡尺等測量儀器則不需要估讀.

本題中多用電表的選擇開關調至×1Ω擋，由于Ω刻度線不均勻，因此不需要在最小刻度的下位進行估讀.題中圖2（a）指針指示刻度14（已在最小刻度的本位進行估讀），其讀數為14×1Ω＝14Ω；圖2（b）中電流表的最小分度是1mA，指針指示刻度為53.0（其中末位“0”是在最小刻度的下位進行的估讀），因此電流表的讀數應為53.0mA；圖2（c）中 電 阻 箱 的 讀 數 為 （0×1 0 0＋0×1 0＋4×1＋6×0.1）Ω＝4.6Ω.

（2）基本儀器結構與原理

多用電表的表盤如圖3所示，選用Ω擋測電阻時其原理是閉合電路歐姆定律.這時表的結構原理圖如圖4所示.考慮到多用電表的其他用途（如測電流、測電壓等）的統一性，即不論使用多用電表的哪個擋，電流總是從正接線柱（紅表筆）進入電表，而從負接線柱（黑表筆）流出.因此本題中第（1）問在按圖1所示的測量電路中兩電表若均正常，則電流應從多用表筆a流出，表筆a接的正極，故表筆應為a黑色.

圖3

圖4

如圖4所示，設多用電表內電池的電動勢為E，內阻為r，表頭內阻為rg，滿偏電流為Ig.將兩表筆短接調好零點時，調零電阻的阻值為R0，此時應有

在測量某一電阻RZ時，若指針指到中央刻度應有

由（1）、（2）兩式得歐姆刻度線中值電阻為

即為歐姆表的總內阻.從題給圖2（a）看出此多用表的中值電阻

即

圖2（b）中電流表讀數I＝53.0mA，多用電表此時測出的值即為電阻箱電阻R與電流表內阻RA之和，即R＋RA＝14Ω.由閉合電路的歐姆定律得

（保留3位有效數字）.

如果將圖1中多用電表的兩表筆短接，此時流過多用電表的電流為

（保留3位有效數字）.

結語：本題第（1）問考查了對基本儀器結構的了解；第（2）問考查了基本測量儀器的讀數與基本實驗儀器的使用能力.按讀數規則，本題中圖2（a）的讀數為14Ω（標準答案中給出14.0Ω值得商榷）.第（3）問與第（4）問考查了實驗觀察能力與對實驗基本原理的理解能力，同時還考查了有效數字的處理能力，且具有一定的創新設計思想.這些都體現了物理科《考試大綱》的基本要求.目前新課程改革中特別強調學生的實驗探究能力，這些在以后的高考備考中要倍加關注.