由兩道電學實驗題引起的思考

電學實驗在歷年高考的實驗考試中占的分量較大，近年來電學設計性實驗的考查特為凸顯，實驗能力是物理學科的重要能力。目前高考物理只有筆試，實驗素養與能力實際上是很難有效地進行考查的，不過近年高考試題命題者一直在努力地將實驗素養和能力的考核滲透到實驗試題當中來，盡力提高實驗考核的有效度。我省《理科綜合能力測試》的《考試說明》中將“設計和完成實驗的能力”作為實驗能力要求，“設計”體現重點考查“實踐能力和創新精神”。近幾年，高考中大多以電學設計性實驗為主。設計思想涉及電表的量程選擇，電流表、電壓表的內外接選擇，滑動變阻器的限流，分壓接法選擇，電表的等效替用，定值電阻在電路中的使用等。而定值電阻的使用難度較大，靈活性較強，這里就我在教學中遇到的兩道電學實驗題進行評析，并由此引起思考。

例題1.某同學對一個標稱值為“5 Ω、1.25 W”的定值電阻的阻值是否準確產生了懷疑，準備用伏安法盡可能準確進行測量，現可供使用的器材如下：

A.電流表A1，量程50 mA，內阻9 Ω

B.電壓表V1，量程l5 V，內阻約l5 kΩ

C.電壓表V2，量程3 V，內阻約3 kΩ

D.變阻器R，全電阻約20 Ω

E.定值電阻R0=1 Ω

F.直流電源E，電動勢4.5 V，內阻不計

G.開關S、導線若干

（1）上述器材中，最適合的電壓表為 （填字母編號）。

（2）設計出測量Rx的電路圖。

本題的設計意圖是想讓學生對電表進行改裝。學生通過分析不難發現電流表的量程太小，不方便測量，因此唯有另想辦法，一般的思路是先找替代電表，如已知內阻的電壓表可做電流表使用，如已知內阻的電流表可作電壓表使用，通過計算看是否滿足實驗要求。如果這一條件不滿足，再考慮改裝電表。改裝電表還需具備兩個條件，即已知待改裝的電表內阻和定值電阻或電阻箱。該題中只有電流表A1內阻已知，電壓表內阻不清楚不可作為電流表，因此只能改裝，即將電流表A1的量程進行擴充，改裝為大量程的電流表。做法是將R0和A1進行并聯，起到分流的作用，通過運算可求的改裝后的電流表的量程為0.45安培，可以滿足題目的需求。

課堂上我將定值電阻R0=1 Ω改為100 Ω，讓學生重新設計電路圖，學生興趣大增，躍躍欲試，課堂氣氛頓時調動起來，但學生設計的電路圖卻五花八門，說明學生對定值電阻的運用還不熟練，還無法做到靈活應用。其實如果R0=100 Ω，則電流表量程擴充就沒有實際意義，定值電可作為保護作用。但保護也應該考慮放置的位置，由于電壓表V2的量程和電源電動勢接近，因此R0與Rx串聯，以擴大待測電阻的阻值。設計的電路圖如2所示。

例題2.某同學要測量一均勻新材料制成的圓柱體的電阻R，步驟如下：

（1）用多用電表按正確的操作步驟測得此圓柱體的電阻阻值約為220 Ω。

（2）該同學想用伏安法更精確地測量待測圓柱體電阻R，現有的器材及其代號和規格如下：

A.金屬絲L，長度為L0，直徑為D

B.電流表A1，量程1 mA，內阻r1=375 Ω

C.電流表A2，量程500 μA，內阻r2=750 Ω

D.電壓表V，量程10 V，內阻10 kΩ

E.定值電阻R1=1000 Ω，起保護作用

F.滑動變阻器R2，總阻值約20 Ω

G.電池E，電動勢1.5 V，內阻很小

H.開關S、導線若干

為使實驗誤差較小，要求測得多組數據進行分析，請設計出測量電阻的電路圖，并標明所用器材的代號。

本題的電路圖的設計難度比較大，首先電壓表的量程太大，不可用，因此應該考慮用電流表等效替用或者電流表改裝為電壓表。但電流表的量程又太小，因此定值電阻R1應該作為保護電阻使用，通過計算分析應該放在支路比較合理。設計電路如圖3示。同樣，該題中如果定值電阻取值80 Ω，則該電阻應該置于干路中才能起到保護作用

由這兩個例題，可以看出電路的設計涉及的知識面較廣，靈活性強，特別是涉及定值電阻的使用問題，看似簡單，但卻大有文章。下面就個人的看法進行歸納。

1.用定值電阻做電表。在電路設計型實驗中時，有時題目所給的器材由于量程問題無法正常選用或電表不全，在這種情況下，就可以考慮用定值電阻和電表配合使用，以此來充當電壓表或電流表使用。

2.用定值電阻來改裝電表，以擴大電表量。這是比較常見，當題目所給的電表量程太小，不能滿足測量要求時，可用定值電阻進行擴充使用。

3.用定值電阻增大待測電阻阻值。在物理實驗中，經常出現待測電阻阻值較小，不便于測量，導致無法正常測量或誤差較大，為了克服這一問題，為了減小誤差，經常采用定值電阻來增大待測電阻的方法進行測量。

4.用定值電阻來保護電表等器材。定值電阻用來保護電路中的儀表，是定值電阻常見的應用方法。解決這類問題的關鍵是弄清題目的設計原理，根據提供的數據進行分析計算，以此確定保護電阻在電路中的最佳位置。

高考物理電學實驗設計靈活，定值電阻在電路的設常涉及到，其使用方法也不是一成不變的，因此在教學中應需要的注意理順定值電阻的應用方法，注重培養學生的發散思維。

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作者簡介：陳海，男，1978年11月出生，本科，就職學校：福建省南安市第三中學，研究方向：物理教學。

編輯 魯翠紅