高考電學(xué)實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)策略

王國(guó)紅，高考全省“十連冠”功勛教師，現(xiàn)任高三物理備課組組長(zhǎng)。

編者按：“你要戰(zhàn)，便作戰(zhàn)！”《射雕英雄傳》里成吉思汗答復(fù)花剌子模的戰(zhàn)書可謂是豪氣萬(wàn)千。支撐著這豪氣的，是雄厚的實(shí)力與細(xì)致的戰(zhàn)備。面對(duì)無(wú)可回避的電學(xué)實(shí)驗(yàn)題，我們既要有敢于面對(duì)的勇氣，更需要做的，就是要了解電學(xué)實(shí)驗(yàn)高考經(jīng)常考什么？怎么考？從而有目的地復(fù)習(xí)，在有限的時(shí)間內(nèi)快速提高自身實(shí)力，備考應(yīng)戰(zhàn)。

由于高考理綜物理必考部分通常只有12道題，受此限制，大部分高考理綜卷都未對(duì)恒定電流一章的知識(shí)另外單獨(dú)設(shè)題考查，而電學(xué)實(shí)驗(yàn)不僅考查了大綱和考試說(shuō)明所要求的獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)的能力和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力，同時(shí)也有效地考查了電學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)。此外，電學(xué)實(shí)驗(yàn)題尤其是設(shè)計(jì)性電學(xué)實(shí)驗(yàn)題富于變化，為命題者提供了廣闊的命題空間。基于上述原因，電學(xué)實(shí)驗(yàn)備受出題人的青睞，幾乎是每年必考。

一、高考電學(xué)實(shí)驗(yàn)考什么

縱觀近兩年的全國(guó)14套高考試題，除了上海等一些個(gè)別省份考了電磁感應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，其他省份考的都是穩(wěn)恒電流的實(shí)驗(yàn)，以實(shí)驗(yàn)室中電阻的測(cè)量為依托，考查了基本儀器的使用、讀數(shù)，儀器的選擇，電路的連接，原理的設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)的處理等多方面的內(nèi)容。其中，基本儀器的讀數(shù)是出現(xiàn)頻率很高的一個(gè)考點(diǎn)，在2012年、2013年分別有5套和4套試卷涉及基本儀器的讀數(shù)，而實(shí)物連接更是在2013年14套卷中的8套卷中出現(xiàn)，說(shuō)明現(xiàn)在的高考更注重對(duì)考生動(dòng)手能力的考查與實(shí)驗(yàn)探究能力的考查。

二、在復(fù)習(xí)中要注意什么問(wèn)題

1.注意基本儀器的使用

基本儀器的讀數(shù)和使用是中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的基礎(chǔ)，同樣也是高考實(shí)驗(yàn)試題考查的重要內(nèi)容。《考試大綱》要求會(huì)使用的儀器中，刻度尺、天平、彈簧秤、溫度表等的使用，已在初中進(jìn)行系統(tǒng)、重點(diǎn)的學(xué)習(xí)和考查，而與電路實(shí)驗(yàn)相關(guān)的器材——電流表、電壓表、多用電表、滑動(dòng)變阻器、電阻箱、螺旋測(cè)微器等就理所當(dāng)然地成為高考考查的重點(diǎn)。

（1）螺旋測(cè)微器、游標(biāo)卡尺的使用與讀數(shù)

真題1 （2012廣東高考題節(jié)選）某同學(xué)測(cè)量一個(gè)圓柱體的電阻率，需要測(cè)量圓柱體的尺寸和電阻。分別使用游標(biāo)卡尺和螺旋測(cè)微器測(cè)量圓柱體的長(zhǎng)度和直徑，某次測(cè)量的示數(shù)如圖1和圖2所示，長(zhǎng)度為 cm，直徑為 mm。（參考答案見文末，下同）

圖1 圖2

總結(jié)：對(duì)于游標(biāo)卡尺與螺旋測(cè)微器要清楚其使用原理，弄清楚是怎樣把小量放大進(jìn)行測(cè)量的。游標(biāo)卡尺出錯(cuò)率比較高，主要是要分清游標(biāo)卡尺有10分度、20分度、50分度，清楚了原理其精確度就不用死記了。還有游標(biāo)卡尺的半毫米刻度線是否露出又是一個(gè)易錯(cuò)點(diǎn)，這些易錯(cuò)點(diǎn)要在改錯(cuò)本上進(jìn)行記錄，這樣就能保證不失分。

（2）電表的使用與讀數(shù)

真題2（2013上海高考題節(jié)選）為確定某電子元件的電氣特性，做如下測(cè)量：用多用表測(cè)量該元件的電阻，選用“×100”倍率的電阻擋測(cè)量，發(fā)現(xiàn)多用表指針偏轉(zhuǎn)過(guò)大，因此需選擇 倍率的電阻擋（填 “×10”或“×1k”），并 再進(jìn)行測(cè)量，多用表的示數(shù)如圖3所示，測(cè)量結(jié)果為 Ω。

圖3

真題3（2011海南高考）圖4是改裝并校準(zhǔn)電流表的電路圖，已知表頭的量程為Ig=600μA，內(nèi)阻為Rg，是標(biāo)準(zhǔn)電流表，要求改裝后的電流表量程為I=60mA。完成下列填空。

（1）圖4中分流電阻RP的阻值為 。

（2）在電表改裝完成后的某次校準(zhǔn)測(cè)量中，表的示數(shù)如圖5所示，由此讀出流過(guò)電流表的電流為

mA。此時(shí)流過(guò)分流電阻RP的電流為 mA（保留一位小數(shù)）。

總結(jié)：在學(xué)習(xí)這些基本儀器使用方法時(shí)，應(yīng)抓住各種基本測(cè)量?jī)x器的共性：

（1）各種基本測(cè)量?jī)x器都有一定的量程。

（2）使用測(cè)量?jī)x器前通常都要調(diào)節(jié)零點(diǎn)或校正零點(diǎn)，否則測(cè)出的數(shù)據(jù)就不準(zhǔn)確。

（3）會(huì)正確讀數(shù)。關(guān)鍵是會(huì)讀出儀器的最小刻度值，會(huì)從最小刻度之間估計(jì)出一位有效數(shù)字。

（4）根據(jù)儀器的構(gòu)造原理，掌握它的使用方法和使用規(guī)則。

（5）為了減小誤差，應(yīng)掌握使用儀表所用量程的三分之二左右讀數(shù)。

2.重視動(dòng)手能力的培養(yǎng)

如上文所述，實(shí)物連接在高考卷中頻頻出現(xiàn)，說(shuō)明現(xiàn)在的高考更注重對(duì)考生動(dòng)手能力的考查與實(shí)驗(yàn)探究能力的考查。實(shí)物連接實(shí)際并不難，但是在高考閱卷中發(fā)現(xiàn)，考生的丟分情況很嚴(yán)重。要解決這個(gè)問(wèn)題，最有效的辦法莫過(guò)于自己動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)。如果同學(xué)們能夠在實(shí)驗(yàn)室熟練地把實(shí)物接好，考試中連接電路圖肯定沒(méi)問(wèn)題。物理實(shí)驗(yàn)考查的是學(xué)生的實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)而不是死記硬背，在越來(lái)越重視學(xué)生能力考查的新課標(biāo)模式下，動(dòng)手能力顯得尤為重要，所以一定要抓住一輪復(fù)習(xí)的機(jī)會(huì)攻破實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)的薄弱環(huán)節(jié)，能做的實(shí)驗(yàn)自己一定要?jiǎng)邮秩プ觯嬲M(jìn)實(shí)驗(yàn)室！

真題4（2013安徽高考）為了精確測(cè)量合金絲的電阻R???x，設(shè)計(jì)出如圖6所示的實(shí)驗(yàn)電路圖，按照該電路圖完成圖7中的實(shí)物電路連接。

圖6 圖7

真題5（2013海南高考）某同學(xué)將量程為200μA、

內(nèi)阻為500Ω的表頭改裝成量程為1mA和10mA的雙量程電流表，設(shè)計(jì)電路如圖8所示。定值電阻R1=500Ω，R2和R3的值待定，S為單刀雙擲開關(guān)，A、B為接線柱。回答下列問(wèn)題：

圖8 圖9

（1）按圖8在圖9中將實(shí)物連線；

（2）表筆a的顏色為 色（填“紅”或“黑”）；

（3）將開關(guān)S置于“1”擋時(shí)，量程為 mA；

（4）定值電阻的阻值R2= Ω，R3= Ω；（結(jié)果取3位有效數(shù)字）

（5）利用改裝的電流表進(jìn)行某次測(cè)量時(shí)，S置于“2”擋，表頭指示如圖10所示，則所測(cè)量電流的值為 mA。

圖10

實(shí)物圖連線常見錯(cuò)誤：（1）沒(méi)有嚴(yán)格按原理圖接線或連線不到位；（2）未能把連線接到儀器的接線柱上，而是接在“+”“-”符號(hào)上，或多用電表的插孔上，或電阻箱旋鈕上等；（3）電流表、多用表極性接反等；（4）不懂多用電表?yè)跷换驌跷贿x錯(cuò)，有的因擋位選錯(cuò)而導(dǎo)致讀數(shù)錯(cuò)誤。

3.關(guān)注實(shí)驗(yàn)中的圖象問(wèn)題

物理圖象的考查是近年高考的熱點(diǎn)，尤其是用圖象處理物理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)或從圖象中獲取相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)結(jié)論，是高考非常關(guān)注的重點(diǎn)。歷年物理高考實(shí)驗(yàn)試題中幾乎都有涉及物理圖象問(wèn)題，而且還作為試題的難點(diǎn)之一，賦分較高。

真題6 （2013安徽高考）根據(jù)閉合電路歐姆定律，用圖11所示電路可以測(cè)定電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻。圖中R?0是定值電阻，通過(guò)改變R的阻值，測(cè)出R?0兩端的對(duì)應(yīng)電壓U12，對(duì)所得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，就可以實(shí)現(xiàn)測(cè)量目的。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在

-R坐標(biāo)系中描出坐標(biāo)點(diǎn)，如圖12所示。已知R?0=150Ω，請(qǐng)完成以下數(shù)據(jù)分析和處理。

（1）圖12中電阻為 Ω的數(shù)據(jù)點(diǎn)應(yīng)剔除；

（2）在坐標(biāo)紙上畫出-R關(guān)系圖線；

（3）圖線的斜率是 （V-1·Ω-1），由此可得電池電動(dòng)勢(shì)En= V。

圖11 圖12

真題7（2013廣東高考）圖13是測(cè)量電阻Rx的原理圖。學(xué)生電源輸出電壓可調(diào)，電流表量程選0.6A（內(nèi)阻不計(jì)），標(biāo)有長(zhǎng)度刻度的均勻電阻絲ab的總長(zhǎng)為30.0cm。

圖13

（1）根據(jù)原理圖連接圖14的實(shí)物圖。

（2）斷開S2，合上S1；調(diào)節(jié)電源輸出電壓為3.0V時(shí)，單位長(zhǎng)度電阻絲的電壓U= V/cm，記錄此時(shí)電流表A1的示數(shù)。

圖14

（3）保持S1閉合，合上S2；滑動(dòng)c點(diǎn)改變ac的長(zhǎng)度L，同時(shí)調(diào)節(jié)電源輸出電壓，使電流表A1的示數(shù)與步驟②記錄的值相同，記錄長(zhǎng)度L和A2的示數(shù)I。測(cè)量6組L和I值，測(cè)量數(shù)據(jù)已在圖15中標(biāo)出，寫出Rx與L、I、U的關(guān)系式Rx= ；根據(jù)圖15用作圖法算出Rx= Ω。

圖15

總結(jié)：利用相關(guān)物理規(guī)律，導(dǎo)出與實(shí)驗(yàn)中所測(cè)得的物理量有關(guān)的一次函數(shù)關(guān)系式，建立平面直角坐標(biāo)系，依據(jù)所測(cè)數(shù)據(jù)描點(diǎn)連線，繪出線性圖象，利用圖象的截距、斜率可求得實(shí)驗(yàn)要測(cè)的物理量。在處理圖象問(wèn)題時(shí)要注意軸、線、點(diǎn)、截距、面積、斜率等幾個(gè)方面的問(wèn)題。關(guān)鍵是要列出對(duì)應(yīng)的關(guān)系式，找出對(duì)應(yīng)斜率及截距。

4.注重實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)框架的建立，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分類

在《考試大綱》規(guī)定的11個(gè)必考實(shí)驗(yàn)中，涉及電路的實(shí)驗(yàn)有5個(gè)，它們分別是測(cè)定金屬的電阻率（同時(shí)練習(xí)使用螺旋測(cè)微器）、描繪小電珠的伏安特性曲線、測(cè)定電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻、練習(xí)使用多用電表、傳感器的簡(jiǎn)單使用。這些實(shí)驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)器材、實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)技能和實(shí)驗(yàn)思想等方面具有內(nèi)在的統(tǒng)一性。這其中，測(cè)定金屬的電阻率、測(cè)定電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻、描繪小電珠的伏安特性曲線等電學(xué)實(shí)驗(yàn)，其共同實(shí)質(zhì)就是電阻的測(cè)量。因此復(fù)習(xí)電學(xué)實(shí)驗(yàn)，可以圍繞“電阻測(cè)量及電路”進(jìn)行復(fù)習(xí)，以控制電路、測(cè)量電路、儀表的選擇和讀數(shù)展開。

以下是對(duì)電阻測(cè)量方法的一些歸類，若能對(duì)這些方法熟練掌握，在涉及設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)時(shí)就會(huì)得心應(yīng)手，事半功倍！

（1）歐姆表測(cè)量：最直接測(cè)電阻的儀表。但是一般用歐姆表測(cè)量只能進(jìn)行粗測(cè)，為下一步的測(cè)量提供一個(gè)參考依據(jù)。用歐姆表可以測(cè)量白熾燈泡的冷電阻。

（2）替代法：替代法的測(cè)量思路是等效的思想，可以是利用電流等效，也可以是利用電壓等效。替代法測(cè)量電阻精度高，不需要計(jì)算，方法簡(jiǎn)單，但必須有可調(diào)的標(biāo)準(zhǔn)電阻（一般給定的儀器中要有電阻箱）。

替代法是用與被測(cè)量的某一物理性質(zhì)等效，從而加以替代的方法。如圖16所示。先把雙刀雙擲開關(guān)S2扳到1，閉合S1，調(diào)整滑動(dòng)變阻器，使電流表指針指到某一位置，記下此時(shí)的示數(shù)I（最好為一整數(shù)）。再把開關(guān)S2扳到2，調(diào)整電阻箱R0，使得電流表指針仍指到示數(shù)I。讀出此時(shí)電阻箱的阻值r，則未知電阻Rx的阻值等于r。說(shuō)明：①在此實(shí)驗(yàn)中的等效性表現(xiàn)在開關(guān)換位后電流表的示數(shù)相同，即當(dāng)電阻箱的阻值為r時(shí)，對(duì)電路的阻礙作用與未知電阻等效，所以未知電阻Rx的阻值等于r。②替代法是一種簡(jiǎn)捷而準(zhǔn)確度很高的測(cè)量電阻的方法，此方法沒(méi)有系統(tǒng)誤差，只要電阻箱和電流表的精度足夠高，測(cè)量誤差就可以忽略。

圖16

（3）伏安法：伏安法的測(cè)量依據(jù)是歐姆定律（包括部分電路歐姆定律和全電路歐姆定律），需要的基本測(cè)量?jī)x器是電壓表和電流表。當(dāng)只有一個(gè)電表時(shí)，可以用標(biāo)準(zhǔn)電阻（電阻箱或給一個(gè)定值電阻）代替；當(dāng)電表的內(nèi)阻已知時(shí)，根據(jù)歐姆定律I=U/RV，電壓表同時(shí)可以當(dāng)電流表使用，同樣根據(jù)U=IRA，電流表也可以當(dāng)電壓表用。

（4）比例法：如果有可以作為標(biāo)準(zhǔn)的已知電阻的電表，可以采用比例法測(cè)未知電表的電阻。用比例法測(cè)電表內(nèi)阻時(shí)，兩個(gè)電流表一般是并聯(lián)（據(jù)并聯(lián)分流原理），兩個(gè)電壓表一般是串聯(lián)（據(jù)串聯(lián)分壓原理）。所謂“比例法”是：要測(cè)量某一物體的某一物理量，可以把它與已知準(zhǔn)確數(shù)值的標(biāo)準(zhǔn)物體進(jìn)行比較。例如，使用天平稱量物體的質(zhì)量，就是把被測(cè)物體與砝碼進(jìn)行比較，砝碼就是質(zhì)量數(shù)準(zhǔn)確的標(biāo)準(zhǔn)物體。天平的結(jié)構(gòu)是等臂杠桿，因此當(dāng)天平平衡時(shí)，被測(cè)物體的質(zhì)量與標(biāo)準(zhǔn)物體的質(zhì)量是相等的，這就省去了進(jìn)一步的計(jì)算。有很多情況下，被測(cè)物體與標(biāo)準(zhǔn)物體的同一物理量間的關(guān)系并不是相等，而是在滿足一定條件下成某種比例的關(guān)系，這種方法又稱為“比例法”。

例如，測(cè)電流表和電壓表的內(nèi)阻，如果有可以作為標(biāo)準(zhǔn)的已知電阻的電表，都可以使用比例法。采用比例法測(cè)電阻的依據(jù)是：串聯(lián)電路電壓與電阻成正比，并聯(lián)電路電流與電阻成反比。電壓表可顯示電阻兩端的電壓值，電流表可顯示電阻中通過(guò)的電流，所以測(cè)電流表內(nèi)阻應(yīng)把兩電流表并聯(lián)，測(cè)電壓表內(nèi)阻應(yīng)把兩電壓表串聯(lián)，電路圖分別如圖17（甲）（乙）所示。

甲 乙

圖17

測(cè)電流表內(nèi)阻時(shí)，應(yīng)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器R01，使兩電流表的指針都有較大偏轉(zhuǎn)，記錄下兩電表的示數(shù)I1和I2，根據(jù)并聯(lián)電路分流原理，若已知電流表A1的內(nèi)阻為r1，則電流表A2的內(nèi)阻r2=r1。測(cè)電壓表內(nèi)

阻時(shí)，應(yīng)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器R02，使兩電壓表的指針都有較大偏轉(zhuǎn)，記錄下兩電表的示數(shù)U1和U2，根據(jù)串聯(lián)電路分壓原理，若已知電壓表V1的內(nèi)阻r1，則電流表V2的內(nèi)阻r2=r1。以上例子中，甲圖采用限流電

路而乙圖采用分壓電路，這是由于電流表內(nèi)阻都較小，若采用分壓電路，則滑動(dòng)變阻器的阻值必須更小，這時(shí)電路近似于短路，是不允許的；而電壓表內(nèi)阻都很大，若采用限流電路，則滑動(dòng)變阻器的電阻必須更大，這在實(shí)際上行不通。

（5）半偏法：

半偏法是上面比例法的一個(gè)特例，測(cè)電流表內(nèi)阻和測(cè)電壓表內(nèi)阻都可以用半偏法，電路圖如圖18所示。甲圖實(shí)驗(yàn)時(shí)先斷開開關(guān)S′，閉合S，調(diào)整滑動(dòng)變阻器R01（限流法連接），使電流表A滿度（即指針指滿刻度處）；再閉合S′，調(diào)整電阻箱R1，使電流表A的指針恰好指到半滿度處，讀出此時(shí)電阻箱的阻值R，則電流表A的電阻rA=R（測(cè)量結(jié)果偏小）；乙圖實(shí)驗(yàn)時(shí)先閉合開關(guān)S′及S，調(diào)整滑動(dòng)變阻器R02（分壓法連接），使電壓表V滿度；再斷開S′，調(diào)整電阻箱R2，使電壓表V的指針恰好指到半滿度處，讀出此時(shí)電阻箱的阻值R，則電壓表V的電阻rV=R（測(cè)量結(jié)果偏大）。

甲 乙

圖18

同學(xué)們實(shí)際電學(xué)實(shí)驗(yàn)也并沒(méi)有想象中的那么難，只要我們用心去體會(huì)一定會(huì)收到事半功倍的效果！

參考答案

真題1： 5.01 5.315

真題2：×10 歐姆調(diào)零 70 解析：用多用表測(cè)量該元件的電阻，選用“×100”倍率的電阻擋測(cè)量，發(fā)現(xiàn)多用表指針偏轉(zhuǎn)過(guò)大，說(shuō)明電阻較小，因此需選擇×10倍率的電阻擋，并歐姆調(diào)零后再進(jìn)行測(cè)量，多用表的示數(shù)如圖所示，測(cè)量結(jié)果為70Ω。

真題3：（1） 由于Rg和RP并聯(lián)，由IgRg=IRRP和

I=Ig+IR得：RP===。

（2） 由圖5知流過(guò)電流表的電流I′為49.5mA；設(shè)此時(shí)流過(guò)表頭的電流為Ig′，流過(guò)RP的電流為IR′， ∵加在表頭和RP上的電壓相等，故有Ig′Rg=IR′RP…①

I′=Ig′+IR′…②，聯(lián)立得：

IR′=49.005mA≈49.0mA。

真題4：如圖所示。

真題5：（1）如圖所示 （2）黑 （3）10 （4）225，250 （5）0.780 （0.78同樣給分）

真題6：（1）80.00 （2）如圖所示 （3）0.00444 1.50

真題7：（1）如圖所示 （2）0.1 （3） 6.0