電學探究型實驗及實驗設計難題破解

電學實驗中，除了常規的實驗外，探究型實驗是近幾年中考考查的重點，在探究型實驗中，一類題目是寫出實驗結論；另一類是根據實驗要求設計實驗.在第二類題目中往往要求畫出設計實驗電路圖，寫出實驗步驟，設計實驗表格.本文將結合2013年黑龍江省哈爾濱市中考物理試卷中一道經典試題與同學們一同前往破解“電學實驗設計”難題之旅.

【實驗設計題·破解思路】

實驗設計方法：

1.分析清楚三個物理量.利用控制變量法，控制一個量不變的前提下，研究因變量隨自變量的變化；

2.明確在實驗中采取什么措施來使自變量在實驗中不斷變化，明確如何知道它大小的方法；

3.在自變量不斷變化時，知道在實驗中采取什么措施來保證控制不變的量在實驗中一直保持不變；

4.用工具測量或通過公式計算知道因變量在實驗中的大小變化.

實驗步驟書寫時的注意事項：

1.實驗前，要調節好電表；

2.每一個主要步驟前的準備工作要強調到位；

3.明確實驗步驟書寫的基本格式，按步驟進行實驗并記錄數據；

4.實驗中要把每次實驗中的自變量和因變量都記錄在表格中；

5.若不能直接測量因變量，則要寫出計算因變量大小的過程；

6.規律性實驗，實驗次數至少要6次.

實驗表格的設計：

1.實驗表格由兩部分組成：表頭+空格；

2.表頭部分由兩部分組成：物理量的字母/單位；

3.表頭中的物理量應由實驗中的直接測量量和間接測量量組成；

4.空格的個數與實驗次數相符.

【典型例題】小明想用“伏安法”測量未知電阻Rx的阻值，所用器材如下：電源（電壓恒為3V），電流表、電壓表、滑動變阻器、開關各1個.

（1）連接如甲圖所示的電路，閉合開關發現電流表無示數、電壓表示數為3V，則可能是由于Rx所在支路____而造成的（填“短路”或“開路”）.排除故障后，調節滑動變阻器滑片，當電壓表示數是1.6V時，電流表示數如乙圖所示，則此時Rx的阻值是____Ω.

（2）小明找來若干已知適當阻值的定值電阻（R1、R2、R3…），借助此電路繼續實驗，探究“串聯電路的等效電阻”.

①小明要說明某兩個電阻的串聯電阻與電阻Rx是等效的，請你在第（1）問實驗的基礎上寫出接下來的具體做法.

②請你設計探究“串聯電路等效電阻”實驗的表格.

【考點】伏安法測電阻的探究實驗.

【專題】探究型實驗綜合題.

【分析】（1）根據電路故障現象分析電路故障原因；由圖示電流表確定其量程與分度值，讀出電流表示數，然后由歐姆定律求出電阻阻值.

（2）用兩個電阻串聯接入原電阻所在位置，閉合開關，如果電流表示數不變，則這兩個電阻的串聯電阻與原電阻等效，據此設計實驗步驟與實驗數據記錄表格.

【解答】解：（1）如果Rx所在支路開路，則電路開路，電流表無示數，電壓表與電源兩極相連，測電源電壓，電壓表示數等于電源電壓3V；

由圖乙所示電流表可知，其量程為0～0.6A，分度值為0.02A，電流表示數為0.32A.因為I=UR，則：

R=U/I=1.6V/0.32A=5Ω；

（2）①實驗步驟：a.如圖甲，拆下Rx，將這兩個電阻串聯接入電路，替換Rx；

b.把滑動變阻器的滑片調到最左端，閉合開關，再把滑片調回原來位置，觀察電流表仍為原來的示數.

②根據實驗需要測量的量，實驗數據記錄表格如下表所示：

【答案】（1）開路；5；（2）①如上所述；②如上表所示.

【點評】本題考查了電路故障分析、電表讀數、求電阻、實驗設計等問題；對電表讀數時要先確定其量程與分度值，然后再讀數，讀數時視線要與電表刻度線垂直；實驗設計是本題的難點.