電學實驗(黃岡中學陳維毅)

1、電學實驗 黃岡中學高三物理組 陳維毅引言：電學實驗成為理綜模式下物理實驗考題的首選題材已是不爭的事實這一現象的形成有其必然性： 1、 電學實驗不僅考查了大綱和考試說明所要求的獨立完成實驗的能力和實驗設計能力，同時也有效地考查了電學基礎知識它所具備的雙重考查功能是許多其他實驗無法替代的.2、 受考試時間和試卷篇幅的限制，大部分試卷都未對恒定電流這一章的知識另外單獨設題考查，電學實驗自然肩負著考查恒定電流這一章的使命.3、 電學實驗尤其是設計性電學實驗題最富于變化，最能體現考生的實驗創(chuàng)新能力和思維的靈活性，從而為命題者提供了廣闊的命題空間.高考電學實驗考查內容和能力要求：1 實驗七:測定金屬的電阻

2、率(同時練習使用螺旋器) 2 實驗八:描繪小電珠的伏安特性曲線3 實驗九:測定電源的電動勢和內阻4實驗十:練習使用多用電表 5實驗十一:傳感器的簡單使用 能力要求：1.要求會正確使用儀器 要求認識誤差問題在實驗中的重要性，了解誤差的概念、知道系統誤差和偶然誤差； 3.要求知道有效數字的概念，會用有效數字表達直接測量的結果，間接測量的有效數字運算不做要求。 縱觀新課標高考實驗題的設計基本取材于課本中的學生實驗，又比課本中的原實驗有所加深、提升和變化。實驗的考查更加全面，從實驗電路圖的選擇到實驗數據的讀取以及實驗步驟的完善和數據的處理，甚至誤差的分析都有所涉及。其中實驗原理是實驗的核心，這就是今后

3、物理實驗命題的方向，因此在復習時要深挖課本上實驗的設計思想，注重實驗能力的培養(yǎng)，增加一些設計性實驗方案的訓練，提高解決設計性實驗的能力。電學實驗教學設計一、教學目標 知識與技能：掌握各種儀器的構造和測量原理，掌握各儀器的正確操作步驟；能較快地準確的讀數；能獨立完成表中所列的實驗，能明確實驗的目的，能理解實驗原理和方法，能控制實驗條件，會使用儀器，會觀察現象，會記錄處理實驗數據，并得出結論，進行分析和評價，能發(fā)現問題，提出問題，并制定解決方案，能運用已學過的物理理論，實驗方法和實驗儀器去處理問題，包括簡單的設計性實驗。 過程與方法：通過實踐、探索，學會靈活、正確的使用器材達到實驗目的；培養(yǎng)學生分

4、析問題、知識遷移、獨立解決問題的能力。情感態(tài)度與價值觀：通過對本專題的復習，使我們對電學實驗有了更加全面的了解；掌握儀器的使用和實驗原理，進一步明確各實驗要求；認識到掌握儀器使用和實驗思路是做好實驗的必備前提，是處理實際問題的基本步驟，也是提高分析問題能力，提高解決實際問題能力的必經之路。抓住隱含條件是處理問題的突破口。二、教學重難點 重點：基本儀器的操作和各實驗的原理認讀和理解;難點：儀器的選擇和實驗的設計及誤差分析.三、高考電學實驗題的命題特點和趨勢 1、突出基本知識和基本技能的考查考試大綱中列出了6種基本電學儀器和5種基本電學實驗作為考查內容，這些儀器的使用和實驗的操作包含著高中物理實驗

5、的基本技能，體現物理學科的基本實驗素養(yǎng)，高考試題十分重視對這方面的考查。 如：2011年全國卷第23題，2011年福建卷第19題，2011年江蘇卷第10題，2、重視知識遷移能力的考查高考對實驗能力的考查主要通過利用對學過的實驗原理、實驗方法在新情景下的應用，來考查考生知識遷移的能力。從近兩年的高考實驗題目設計來看，大多數以教材實驗為背景，通過改變實驗條件，實驗儀器或增加條件限制來設置題目，不脫離教材而又不拘泥于教材，體現了設計性、開放性、探究性等特點。如： 2011年全國卷第23題，2011年海南卷第14題， 2011年重慶卷第22題等。特別是對電阻的測量、電源電動勢和內阻的考查居多；考查重點

6、是滑動變阻器的分壓、限流接法和電流表的內、外接法。對力學的考查則以紙帶的處理、機械能守恒的驗證為主。3、偏重用圖像法處理實驗數據能力的考查圖像法是一種重要的數據處理方法，即具有能描述物理規(guī)律，又能直觀地反映物理過程、表示物理量之間的定性定量關系及變化趨勢的優(yōu)點，當前高考試題對數據處理、結果分析考查的頻率較高。2011年全國各省市的14套高考卷中，有9套高考卷的實驗涉及圖像的考查。4、引入演示實驗的考查近幾年，高考對演示實驗的考查也越來越多。如2011年北京卷第19題，廣東卷第14題，安徽卷第15題，教材中的演示實驗有四十多個，演示實驗不僅可以提高學生學習物理的興趣，而且可以加深考生對物理概念和

7、規(guī)律的理解，幫助學生理解知識，化解學習難點，提高實驗素養(yǎng)。5、設計性實驗成為考查熱點設計性實驗具有綜合性強、考查全面、能力要求高等特點，正在成為高考實驗考查的熱點，在近幾年的高考中每年都有設計性的實驗題。這類試題能夠綜合考查創(chuàng)造性的應用已學的知識、方法、原理，靈活處理陌生實驗問題的能力，要求學生有較高的綜合素質，為創(chuàng)造力的發(fā)揮提供了廣闊的思維空間，是考查實驗與探究能力的新題型。四、學生一輪復習后的現狀1、知道基本儀器的測量原理和讀數要求，但在實際應用時讀數、有效數字的表示結果容易出錯。2、知道實驗的原理但在選擇實驗器材時不知道如何選擇合適的儀器。 3、知道實驗中產生誤差的原因，但在實際操作中不

8、知道如何減小誤差及在數據處理中正確分析誤差。4、沒有較強的知識遷移能力和獨立解決問題的能力，在設計性實驗中往往無從下手。五、電學實驗復習的時間安排第一講、基本儀器的使用 基本儀器的使用仍是實驗的基礎。要掌握的13種儀器：刻度尺、游標卡尺、螺旋測微器、天平、秒表、打點計時器、彈簧秤、溫度計、電流表、電壓表、多用電表、滑動變阻器、電阻箱。 進一步了解13種儀器的基本結構，掌握合理的操作方法，會正確讀數，明確注意事項。時間安排：1課時第二講、回歸教材，回歸實驗室。研究學生實驗知識、動手能力存在的問題一輪復習，對每個實驗認真復習的基礎上，在二輪實驗中將各個具體的實驗歸類整理，使知識條理化，系統化突出實

9、驗設計思想方法，知道如何根據實驗原理選擇器材，如何進行數據處理，從哪個角度分析誤差，以達到鞏固和消化有關知識的目的。用兩節(jié)課時間回實驗室動手做實驗，加深學生對實驗器材的感性認識。重溫各個實驗的實驗步驟。加強理解是實驗中的注意事項。時間安排：2課時3、將所學實驗適當拓展將所學實驗思路、方法、目的、儀器等適當拓展，嘗試器材改變之后，如何測量某個物理量，或嘗試不同的數據處理方法得到實驗結果。例如：用電壓表、電流表測電源的電動勢和內阻實驗中如果只有一個電壓表或一個電流表如何測量？誤差變大還是變??？如何減小誤差？時間安排：1課時4、加強設計性實驗的訓練物理設計性實驗，是要求學生根據實驗目的，運用掌握的實

10、驗規(guī)律、實驗方法，選擇熟悉的的儀器，器材，設計實驗方案。設計實驗方案包括選用合適的的實驗方法、選擇配套的實驗器材、安排正確的實驗步驟、設計科學的數據處理方法，采用客觀的誤差分析方式，最后給予總結和評價。學生只有在熟練掌握各種儀器的特性、課本實驗原理、并有一定的知識遷移能力和獨立解決問題的能力才能完成。通過例題來逐步掌握這些能力。時間安排：2課時六、設計性電學實驗的教學過程教學環(huán)節(jié)教學內容與教學設計設計說明知識回顧問1. 一個完整的電路有哪幾部分組成，各部分功能分別是什么？ 電源（給電路供電） 控制電路（控制和調節(jié)測量電路的電壓并保護器材） 測量電路（測量電流、電壓從而測出電阻值） 問2控制電路

11、有哪兩種類型，各有什么特點，如何選擇控制電路？限流式 滑動變阻器的最大阻值與測量電路的總阻值相近（滑動變阻器接入電路可有效控制測量電路的電流）分壓式 滑動變阻器的最大阻值遠小于測量電路的總阻值(測量電路的電壓跟與其并聯滑動變阻器的阻值幾乎成線性變化) 調節(jié)范圍限流式電路分壓式電路電壓調節(jié)范圍U電流調節(jié)范圍問3測量電路有哪兩種類型，各有什么特點，如何選擇測量電路，測量值是偏大還是偏小？a、直接比較法：當待測電阻Rx較小且遠小于電壓表內阻Rv時，應選用外接法；當待測電阻Rx較大且遠大于電流表內阻RA時，應選用內接法。b、臨界值法：當待測電阻Rx<時，視Rx為小電阻，應選用外接法；當Rx>

12、;時，視Rx為大電阻，應選用內接法；當Rx時，兩種接法均可。問4.伏安法測電阻最直接的目的是什么？盡可能準確的測量通過待測電阻的電流和其兩端電壓。問題設計的主要目的：問1是宏觀上掌握電路的結構和各部分功能和作用。在設計電路時做到心中有數，為后面的講解做好鋪墊。問2問3是復習控制電路、測量電路的特點，將兩種基本電路整理在一起，比較地復習，觀察它們的相似點和不同點，有利于我們牢固地掌握它們的結構特點，在設計實驗時就有選擇的依據，知道從哪些方面去思考問題。（注：問2和問2的內容要求學生熟記。） （注：問2中測量電路的電壓跟與其并聯滑動變阻器的阻值幾乎成線性變化的特點要求學生課后推導。）問4:伏安法測

13、電阻測量的電壓電流越接近真實值，測量誤差就越小。設計實驗就是要是測量值盡可能接近真實值，為后面儀器的選擇和誤差的分析打下基礎。例題講解例1、（2011天津）某同學測量阻值約為25k的電阻Rx，現備有下列器材：A電流表（量程100 A，內阻約為 2 k）；B電流表（量程500 A，內阻約為300 ）；C電壓表（量程15 V，內阻約為100 k）；D電壓表（量程50 V，內阻約為500 k）；E直流電源（20 V，允許最大電流1 A）；F滑動變阻器（最大阻值1 k，額定功率1 W）；G電鍵和導線若干。電流表應選 B ，電壓表應選 C 。（填字母代號）該同學正確選擇儀器后連接了以下電路，為保證實驗順

14、利進行，并使測量誤差盡量減小，實驗前請你檢查該電路，指出電路在接線上存在的問題： 電流表應采用內接的方法； 滑動變阻器應采用分壓器方式的接法 。例2測量一塊量程已知的電壓表的內阻，器材如下：A待測電壓表（量程3V，內阻約3K）一塊 B電流表（量程3A，內阻0.01）一只 C定值電阻（R=3K，額定電流0.5A）一個 D電池組（電動勢略小于3V，內阻不計）E開關兩只 F導線若干有一同學利用上面所給器材，進行如下實驗操作：（1）為了更準確的測出該電壓表內阻的大小，該同學設計了如圖甲、乙兩個實驗電路。你認為其中相對比較合理的是 （填“甲”或“乙”）電路。其理由是： 。（2）用你選擇的電路進行實驗時，

15、需要直接測量的物理量 ；用上述所測各物理量表示電壓表內阻，其表達式應為Rv 。答案：（1）乙 ； 因為甲圖中電壓表的內阻大，流過電流表的電流太小，讀數誤差比較大 （2）K2閉合前后電壓表的讀數U1、U2 ； 例1和變式選題目的：例2的選題目的、在給出實驗器材（電流表和電壓表一定）和電路圖(二選一)的情況下要求測出電壓表的內阻。要求學生能根據已知條件判斷兩種電路圖的優(yōu)劣。有一定的難度。 例題講解例3、（2011上海）(9 分)實際電流表有內阻，可等效為理想電流表與電阻的串聯。測量實際電流表內阻的電路如圖所示。供選擇的儀器如下：待測電流表(，內阻約300)，電流表 (，內阻約100)，定值電阻(3

16、00)，定值電阻(10)，滑動變阻器 ()，滑動變阻器 ()，干電池(1.5V)，電鍵S及導線若干。(1)定值電阻應選 ，滑動變阻器應選 。(在空格內填寫序號)(2)用連線連接實物圖。(3)補全實驗步驟：按電路圖連接電路， ；閉合電鍵S，移動滑動觸頭至某一位置，記錄，的讀數，； ；以為縱坐標，為橫坐標，作出相應圖線，如圖所示。(4)根據圖線的斜率及定值電阻，寫出待測電流表內阻的表達式 。10答案.(1)， (各1分)(2)見圖 (2分)(3)將滑動觸頭移至最左端(寫最小給分，最大不給分) 多次移動滑動觸頭，記錄相應的，讀數 (1分) (4) (3分)例4請從下列器材中選擇適當儀器設計一個電路，

17、要求用此電路既能測量待測電阻Rx的電阻（約500），又能測量電源E的電動勢。a.待測定值電阻Rx：阻值約500 b.滑動變阻器R1：總阻值1000c.電阻箱R2：最大阻值999.9 d.電阻箱R3：最大阻值99.99e.電流表G：量程3mA，內阻約50f.電源E：電動勢約為3V，內阻很小但不可忽略g. 單刀雙擲開關及導線若干實驗中應選取的器材有： （填寫器材前面的字母序號）請在虛線框中畫出實驗電路圖在測出電阻Rx的值后（記為Rx），再利用此電路測量電源E的電動勢。還需要測量的物理量有： 用所測的物理量表示電源E的電動勢為 答案：abcefg 如右圖所示 解法一:開關接b，調節(jié)變阻器R1至適當位

18、置并保持不變，調節(jié)電阻箱R2，記錄電阻箱讀數R2和電流表讀數I；再次調節(jié)電阻箱R2，記錄電阻箱讀數R2，和電流表讀數I 解法二:開關接a時，調節(jié)變阻器R1至適當位置并保持不變，記錄電流表讀數I1；開關接b時，調節(jié)電阻箱R2，記錄電阻箱讀數為R2和電流表讀數I2； 例3的選題目的：其一、從給出的電流表和電壓表中選擇合適的器材，較準確地測出待測電阻的阻值；其二、根據選擇的器材設計電路，判斷測量電路和控制電路應該采用哪種類型其三、要能把電路圖轉化成實物連線圖。處理過程：以學生分析為主，老師組織學生發(fā)言，協調場面，必要的時候及時的糾正、引導。例例3、例4選題目的：。處理過程：。老師點評：課堂小結1、這節(jié)課復習的內容是：實驗器材的讀數，儀器的選擇和電路圖的設計及其運用。2、這節(jié)課我安排了五個例題，一個變式，涵蓋了近些年新課改地區(qū)高考中出現的熱門題型。各個例題都有其側重點，并且?guī)熒餐偨Y了解決不同類型問題的基本方法和基本技巧。3、從復習的