淺談高中物理“測電源電動勢和內(nèi)電阻”實驗的復習

摘要：物理學是一門以實驗為基礎的學科，物理學中的定律，絕大多數(shù)是用實驗探索得出來的，也就是通過大量實驗進行觀察，取得數(shù)據(jù)，加工整理，再運用精辟的數(shù)學工具，將大量的數(shù)據(jù)上升為規(guī)律。實驗能力是高考物理要考察的能力之一，本文就新課程背景下的物理實驗“測電源的電動勢和內(nèi)電阻”的復習進行了詳細闡述。

關鍵詞：新課程；測定性實驗；實驗原理；數(shù)據(jù)處理；誤差分析

中圖分類號：G424.31 文獻標志碼：A？搖 文章編號：1674-9324（2013）17-0266-02

新課程改革的實施，為高中物理教學帶來了新的理念、新的要求，高中物理實驗的教學與復習也發(fā)生了較大的變化。實驗能力成為高考要考察的能力之一，在《考試說明》物理學科“知識內(nèi)容表（新課程）”的一百多個知識點中，實驗有近20個，占14.5﹪。縱觀近幾年的高考試卷，對實驗題的考查沒有一個是課本上的原始實驗，題目設置都是本著“來源于教材而不拘泥于教材”的原則，考察學生創(chuàng)新意識和實踐能力。而在眾多高考實驗題目中，電學實驗成為熱點，“測電源的電動勢和內(nèi)電阻”成為寵兒：2009年海南卷、北京卷，2010年江蘇卷、廣東卷、上海卷，2012年福建卷、重慶卷當中都涉及到該實驗。那么如何對待新課程背景下的物理實驗復習，在教學中采取怎樣的教學設計來提升實驗能力呢？以“測電源的電動勢和內(nèi)電阻”為例談談體會。

“實驗有助于加深學生對自然科學概念、原理和規(guī)律的了解，也有助于培養(yǎng)學生的科學態(tài)度和創(chuàng)新精神；實驗能力也是考生將來從事科學研究的基礎。”解決物理實驗題目，應特別關注學生的感悟與體驗，通過學生自覺的參與實驗活動，進行分組討論練習，確定實驗目的，尋求實驗原理，制定實驗方案，選擇實驗方法與器材，評價實驗結果，從而完成實驗復習任務。既能明確解決實驗問題的思維過程，又能加深對物理知識的理解與體會。

一、確定實驗目的

實驗題干中會通過語言“物理興趣小組為了使用某某、探究某某、驗證某某、測量某某”等給出實驗目的，幫助學生確定實驗類型是基本儀器的使用、探究性實驗、驗證性實驗還是測定性實驗。“測電源的電動勢和內(nèi)電阻”是測定性實驗，要求測量E和r。

二、尋求實驗原理

結合實驗目的，依據(jù)物理知識儲備，尋找到實驗所依據(jù)的定理或定律的基本公式，得出實驗原理。上例中學生能快速確定使用閉合電路歐姆定律的相關表達式：E=U+Ir；E=U+Ur/R；E=I（R+r）。

三、制訂實驗方案

依據(jù)實驗原理表達式，確定待測量與相關量之間的關系，確定相關量如何進行測量，進一步制訂實驗方案，學生分組畫出相應的實驗電路圖。

四、選擇實驗方法與器材

對以上四幅實驗電路圖，學生任選一種作為實驗方法，結合熟悉的電學實驗器材，合理的選擇滑線變阻器、電阻箱、電流表、電壓表等，通過這個過程有利于加深學生對電學實驗器材的理解：滑線變阻器操作方便靈活，但不能確定連入電路中的阻值；電阻箱是已知自身電阻值的可變電阻；電流表是已知流經(jīng)自身電流值的小電阻，由于阻值小，理想電流表的內(nèi)阻認為是零，在電路中作為短路處理；電壓表是已知自身兩端電壓值的大電阻，由于阻值大，理想電壓表的內(nèi)阻認為無窮大，在電路中作為斷路處理；這樣就幫助學生把初中的知識作為特殊情況歸類到高中知識體系中。

五、評價實驗結果

對實驗結果的評價，包括實驗數(shù)據(jù)的處理、實驗誤差的分析與改進等方面。

（一）實驗數(shù)據(jù)處理

高考試題中，都會涉及到對實驗數(shù)據(jù)的處理，常見有以下幾種情況。

1.按有效值數(shù)字規(guī)則讀數(shù)。物理是實驗學科，分數(shù)、根式在物理上是沒有意義的，物理學對有效數(shù)字要求嚴格。這類題目常見于螺旋測微器和游標卡尺及電表的讀數(shù)，對于螺旋測微器要求保留一位估讀數(shù)字，而游標卡尺則是根據(jù)主尺與游標上對齊的刻度讀數(shù)，沒有估讀數(shù)字（在對齊的刻度線上已經(jīng)體現(xiàn)了估讀），電流表電壓表讀數(shù)依據(jù)最小分度要求不同，學生應動手系統(tǒng)歸納總結。例2011年全國卷、2012年廣東卷和山東卷，考察了規(guī)范讀數(shù)。

2.列表法處理數(shù)據(jù)。這種方法便于檢查測量結果的合理性，及時發(fā)現(xiàn)問題和分析問題，找出各量的規(guī)律性聯(lián)系，求出經(jīng)驗公式等。例2010年江蘇卷、課程標準卷、浙江卷，2011年廣東卷，要求學生能夠根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)分析實驗中出現(xiàn)的問題和實驗對應的規(guī)律表達式對應的結果。

3.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。“測電源的電動勢和內(nèi)電阻”實驗數(shù)據(jù)處理采用的就是作圖法，要求學生通過數(shù)學手段的處理把實驗數(shù)據(jù)整理成傾斜直線的情況，通過討論斜率和截距求出E和r。圖1的數(shù)據(jù)表達式：U=-rI+E；圖3的數(shù)據(jù)表達式：1/U=r/ER+1/E；圖4的數(shù)據(jù)表達式：R=E/I-r。這樣，在坐標紙上選擇合適的橫縱軸的物理意義，可以得出相應的傾斜直線。

（二）實驗誤差分析與改進

在該實驗中圖1和圖2是學生結合課本實驗得出的兩個實驗電路圖，需要通過誤差分析來選擇最合適的一種。在復習時，采用的是等效電源的處理方法。圖1測量的是待測電源與電壓表組成的等效電源的E和r，測量結果都偏小，但在誤差允許范圍內(nèi)；圖2測量的是待測電源與電流表組成的等效電源的E和r，E的測量結果準確，但是r的測量值誤差過大，綜合考慮應選擇圖1。而圖3和圖4是改進實驗，成為考查熱點。

物理學是一門實驗科學，物理學的研究和發(fā)展都離不開實驗。因此，高三復習時必須重視物理實驗的復習，注重實驗技能、實驗方法，培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、解決問題的能力，高三實驗復習上若有所突破，既能提升學生的實驗技能，又能加深學生對物理規(guī)律的理解，對整體物理水平的提高有很大的促進作用。

參考文獻：

[1]高中物理課程標準教師讀本[M].武漢：華中師大出版社，2003.

[2]國家教育部.高考考試大綱說明（物理）[Z].2012.

[3]中學物理實驗與誤差分析[EB/OL].文獻資料，2009，（16）.