实验 模块化 [模块化巧解高考实验热点问题]

  摘 要:高考对实验题的考查大多选择了“电学实验”,仪器的选择题尤为常见。电路实验仪器种类繁多,用法各不相同,考生应将所要选的仪器分为三个模块,即电源部分、控制电路部分(滑动变阻器的选择)、测量电路部分(电学仪表的选择),并结合题意且按照各部分电路的特点选择合适的仪器。
  关键词:高考 电源部分 控制电路部分 测量电路部分
  
  物理学是一门实验科学,物理学的研究和发展都离不开实验。因此,在物理的教学过程中,必须重视实验教学,注重对学生进行实验技能、实验方法和实验思想的培养,进而培养和提升学生观察现象、分析现象,以及发现问题、提出问题、解决问题的能力。由于电路实验仪器种类繁多,用法各不相同,又加上高考题型灵活多变,得分率一直不高。怎样才能又快又准地解决这类题型?
  首先,将所要选的仪器分为三个模块,即电源部分、控制电路部分(滑动变阻器的选择)、测量电路部分(电学仪表的选择)。其次,结合题意并按照各部分电路的特点选择合适的仪器。具体方法如下:
  
  1.电源部分
  
  电源的选取既要能达到电路中电压、电流的最低要求,同时又要注意节约能源,即不能选得太大也不能选得太小。
  例1:测定电流表内电阻的实验中备用的器材有:
  A.待测电流表(量程0-100μA)
  B.标准电压表(量程0-5V)
  C.电阻箱(阻值范围0-9999Ω)
  D.可变电阻(阻值范围0-100KΩ)
  E.干电池(1.5V,内阻0.5Ω)
  F.干电池阻(6V,内阻1.6Ω)
  如果采用如图所示的电路测定电流表G的内电阻,并且要求测量有较高的精度,那么从以上备用器材中,电阻R 应选用 ,电阻R 应选用 ,电源应选用 。
  解析:由半偏法测量电流表内阻的原理可知,R 应选阻值较大的电位器或可变电阻,所以选D。R 应该选可以直接读数的电阻箱,所以选C。电源为了能让电流表达到满偏,又由于整个电路阻值较大,应该选大电源,以提供大电流,所以选F。
  
  2.控制电路部分
  
  整个电路中,对电路起到调节变化的主要是滑动变阻器。变阻器在电路中的连接方法有分压式和限流式两种。选择滑动变阻器时应先考虑用分压式接法,再考虑用限流式接法。具体操作是:
  首先,看电压、电流的调解范围。如果电压、电流要求从零开始变化(或隐含了这种意思,如:描绘伏安特性曲线等),必须选分压式接法。其次,看滑动变阻器的全值电阻的大小。如果滑动变阻器的全值电阻小于待测电阻,必须选分压式接法。除此之外,都选限流式接法。
  例2:要研究一只“3.8V,1.5W”小灯泡的伏安特性,实验室备有以下器材:
  电压表(量程0-5V,内阻15kΩ)电流表(量程0-3A,内阻0.2Ω)变阻器1( 0-200Ω,额定电流0.3A)变阻器2( 0-10Ω,额定电流1A)蓄电池( 3V,内阻0.3Ω)电键及导线若干。
  为了实验能正常进行,滑动变阻器应选,为 式接法。
  解析:由于要描绘小灯泡的伏安特性曲线,也即要求电压电流从零可调,所以滑动变阻器应为分压式接法,应选全值电阻较小的变阻器2。
  
  3.仪表的选择
  
  任何测量电路,由于电压、电流表都有内阻,会给实验带来误差。为了尽可能地减小误差,常常要考虑两个问题:一个是电压表、电流表的量程问题,另一个是电流表的内外接问题。具体地操作是:
  首先,根据已经选定的电源选择电压表和电流表的量程,要求电压电流表的指针指在表盘的1/3至2/3范围内。其次,根据已知电压电流表和待测电阻的大约阻值选出电流表的内外接。(1)如果很明显的有R >R (即待测电阻为小电阻),电流表应该外接;如果很明显的有R >R (即待测电阻为大电阻),电流表应该内接。(2)如果以上关系不明显,可求出R /R 和R /R 比值,如果R /R <R /R ,则应选电流表内接;如果R /R >R /R ,则应选电流表外接。(3)如果待测电阻阻值未知,可以用试触法判定电流表的内外接。如图所示,让电压表的一端接在电路中的a点,另一点分别接在b点和c点,观察两电表的示数:若电流表示数有明显变化而电压表示数无明显变化,则电压表的另一端应接在c点;如果电压表示数有明显变化而电流表示数无明显变化,则电压表的另一端应接在b点。
  例3:用伏安法测量一个定值电阻的阻值,实验所需的器材规格如下:
  待测电阻R (约50Ω);直流电源(输出电压12V,内阻不计);
  直流电流表(0-0.6A-3A,0.6A档内阻1Ω,3A档内阻0.25Ω);
  直流电压表(0-3V-15V,3V档内阻3kΩ,15V档内阻15kΩ);
  滑动变阻器(阻值0―15Ω,最大电流1A);电键一个,导线若干;
  为了尽可能地减少实验误差,电压表的量程应该选 ,电流表的量程应该选,电流表应该接(内、外)。
  解析:由于电源输出电压12V,可知电路的最大电流约为0.24A,在0-0.6A的1/3至2/3范围内,所以电流表的量程应选0-0.6A。同理,电压表的量程应选0-15V。又由于R / R>R/ R ,则应选电流表外接。
  总之,电路实验由于具备开放性、设计性、探究性、灵活性和思想性等多个维度的考查功能,能凸显新课程的基本理念,符合高考的选拔性需要,所以备受高考的青睐。在平时的教学和复习中,教师理应以电路实验为突破口,强化实验目的和原理、实验设计和条件控制、实验仪器的使用和维护、数据处理和误差分析等各个环节的实践和训练,努力培养和提高学生的实验素养和创新意识。只有这样,学生才能以不变应万变,才能进行创造,才能在高考选拔中应付自如。
  
  参考文献:
  [1]钟传波.高考物理实验考查为何青睐电路实验[J].教学仪器与实验,2005,(10):34-35.
  [2]汪端红.高中物理实验探究教学的探索和实践[D].华中师范大学,2004.
  [3]钟登杰.高中学生物理实验设计能力的培养[J].物理教学探讨,2007,(11):6-7.
  
  注:“本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。”
本文为全文原貌 未安装PDF浏览器用户请先下载安装 原版全文

推荐访问:高考 热点问题 模块化 实验