例談如何突破電學實驗教學難點

祁紅菊

（江蘇省常州市奔牛高級中學，江蘇 常州 213131）

在電學實驗中，如何選擇電學實驗器材、如何選擇測量電路、控制電路的問題，一直以來都是高考的熱點也是高三物理復習教學的難點.本文擬設計一系列的問題進行變式教學，探討如何破解此類難點，并對學生進行創新與發散思維的訓練.

1 以“問題組群”喚醒知識

用“問題組群”構筑物理基礎知識復習的方法是高三物理復習教學中非常有效的策略.通過以下的“問題組群”可以喚醒學生已有的知識和學生一起總結出常用的結論，讓學生理解和掌握知識的本質.

問題1.用伏安法測定某一電阻R的值，其基本測量電路有哪幾種？

解析：考慮到電流表連入的方式有兩種，即內接法和外接法.滑動變阻器連入的方式也有兩種，即分壓和限流.綜合起來共有4種電路，如圖1所示.但通常情況下，由于限流電路能量消耗小，結構較簡單，因此優先考慮滑動變阻器限流接法.

圖1

問題2.怎樣判斷電流表應采用外接還是內接？

問題3.怎樣判斷滑動變阻器應采用分壓電路還是限流電路？

例1.電源E＝4V，內阻不計，滑動變阻器R0＝20Ω，電流表和電壓表各1只，均看作理想電表，現用伏安法測一電阻R，阻值約為10Ω.

（1）若要求R上電壓從0開始調節，則滑動變阻器R0應如何接入？

（2）若R的額定功率P＝0.1W，則滑動變阻器R0如何接入？

（3）若所要測的電阻R阻值約為100Ω，滑動變阻器R0應如何接入？

總結：① 若需要從0開始連讀可調電壓，應選分壓電路；②限流無法保證電路的安全時必須采用分壓電路；③ 當變阻器阻值比被測電阻R小很多時.為使被測電阻中電流有明顯變化，也應選分壓電路.

2 以“典型例題”感悟方法

正確地選擇儀器和電路的問題，有一定的靈活性.解決時應掌握和遵循一些基本的原則即“安全性原則”、“精確性原則”、“方便性原則”和“經濟性原則”.“安全性原則”即不超過儀表儀器的量程，元件不被損壞；“精確性原則”一方面指要優化電路結構，盡量減小系統誤差，另一方面指電表的指針偏轉能超過1/3滿偏且能取得多組數據；“方便性原則”指選用的實驗儀器要便于操作，根據電路中可能出現的電流或電壓范圍需選擇滑動變阻器，對高阻值的變阻器，如果滑動頭稍有移動，使電流電壓有很大變化的，不宜采用；“經濟性原則”指“儀器少”、“耗電少”.以上各方面要綜合考慮，靈活運用.

例2.有一個電阻Rx，其阻值大約是10Ω，額定功率為0.9W，請在以下器材中選擇適當的器材測出其阻值.

電源E1：電動勢為4.5V，內阻不計；電源E2：電動勢為9V，內阻不計；電壓表V1：量程為5V，內阻為10kΩ；電壓表V2：量程為3V，內阻為6kΩ；電流表A1：量程為300mA，內阻為4Ω；電流表A2：量程為0至50mA，內阻約20Ω；滑動變阻器R：最大阻值范圍40Ω，額定電流1.5A；開關和若干導線.

為了盡量減小誤差，要求多測多組數據，試畫出符合要求的實驗電路圖.

總結：選擇電學實驗儀器和實驗電路的基本方法是應先依據題意確定實驗方案，并由實驗方案正確選擇電流表、電壓表和滑動變阻器等儀器，然后再確定電流表的內外接法，最后選擇控制電路并畫出實驗電路圖.

圖2

3 以“變式拓展”提升思維

“變式拓展”可以激發學生的求知欲，使學生的學習不只是停留于事物的表象，而是能自覺地從本質看問題.

變式拓展1.上例中若額定功率為0.9W未告之，且給定器材中去除電源E2，其他不變，則畫出符合要求的實驗電路圖.

變式拓展2.上例中若要測的是電壓表V2的內阻，且可供選擇的器材如下.

電源E：電動勢為4.5V，內阻不計；電壓表V1：量程為5V，內阻約為10kΩ；待測電壓表V2：量程為3V，內阻約為6kΩ；電流表A1：量程為300mA，內阻約為4Ω；電流表A2：量程為0至50mA，內阻約20Ω；電流表A3：量程為0至500μA，內阻約200Ω；滑動變阻器R：最大阻值范圍40Ω，額定電流1.5A；開關和若干導線.

為了盡量減小誤差，要求多測多組數據，試畫出符合要求的實驗電路圖.

變式拓展3.若拓展2中提供的電壓表V1的內阻是10 kΩ，其他不變，為了盡量減小誤差，要求多測多組數據，試選擇合適的器材并畫出符合要求的實驗電路圖.

圖3

圖4

變式拓展4.若上例中要測量的是電流表A1的內阻，且可供選擇的器材如下.

電源E：電動勢為1.5V，內阻不計；待測電流表A1：量程為300mA，內阻約為4Ω；電流表A2：量程為50mA，內阻20Ω；電壓表V1：量程為5V，內阻約為10kΩ；電壓表V2：量程為3V，內阻約為6kΩ；滑動變阻器R1：最大阻值范圍10Ω，額定電流1.5A；滑動變阻器R2：最大阻值范圍500Ω，額定電流0.5A；開關和若干導線.

為了盡量減小誤差，要求多測多組數據，試畫出符合要求的實驗電路圖.

解析：首先根據實驗目的確定實驗方案即伏安法.

其次根據實驗方案選出器材：先選出唯一的器材如電源、開關和導線.此題電流表不必再選，因為待測電流表本身可以顯示電流值.若選擇電壓表測電壓，據電流表兩端的最大電壓約為Ir1＝0.3×4V＝1.2V，應選 V2.但是由精確性可知，電壓表示數應不小于量程的1/3，選V2的有效讀數范圍太小.因為電流表A2的內阻已知，故可將其當作電壓表使用，直接與待測電表并聯即可.滑動變阻器應選R1.對于R2而言，有效的調節長度大小，將導致電流強度值隨滑動片位置的變化太敏感.調節不方便.

圖5

最后考慮滑動變阻器的接法，實驗電路如圖5所示.

在以上的問題變式教學中，教師要多創造條件鼓勵學生用自己的思維說出對題的認識.在對話交流中反思，由表及里，從“變”中發現“不變”的本質，提升解決問題的能力.

1 王光毅.高中物理電學實驗器材的電路的選擇［J］.物理教學探討，2010，（8）：8－10.