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高中物理创新实验教学的着力点在哪里呢？本文以人教版《物理》选修3-1中的“测定电池的电动势和内阻”为例就创新实验教学谈几点自己的看法。
一、顺延教材纵深挖掘
选修3-1教材中“测定电池的电动势和内阻”的内容分为3个部分，即实验原理、实验方法和数据处理，笔者觉得有如下几个特点。
1.基于理想电表的实验设计
教材中的“实验原理”是基于理想电表，对实验电路进行的设计，非常符合物理学认识规律和发现规律的实际，理论上的可行性是进行探究的前提。
（1）实验原理介绍的多元化。教材在一开始就指出实验室测定电池的电动势和内阻具有多种方法，并罗列了容易想到的3种实验电路设计如图1所示：伏安法、安阻法和伏阻法。
（2）实验原理本质上的归一性。教材中从3个实验电路测量值出发，分别建立了3个关系式。
图1（a）中有
E=U+Ir。①
图1（b）中有
E=IR+Ir。②
图1（c）中有
3个关系式虽然涉及的物理量不同，但是其本质是一样的，都源于闭合电路欧姆定律的表现形式之一：“电源的电动势等于内外电路电势降落之和”，即
，如此分析教材中所给的实验原理也就归到了一处。由此，疑问也就产生了，如果实验用的是理想电表，那么这3个实验电路的优缺点怎样呢？
2.基于理想电表的实验方案比较
教材中有这样一段话：“现在以‘实验原理’中的第一个思路为例[即本文中的图1（a）]说明方法。这个方法的特点是简单明了，而且便于通过作图处理数据，缺点是要同时使用两个电表来测量电流和电压”。教材中的这句话具有指引性，目的在于引导学生对实验的可操作性进行思考，再次回到图1的3个实验设计。
（1）从测量的物理量关系来看，①～③式进行变形可以得到
图1（a）中有
U=E-Ir。④
图1（b）中有
学生从④～⑥式的比较中一眼就能看出选择图1（a）的实验方案，U-I之间是线性函数关系，数据处理上借助于图像法，将多次实验记录的U、I读数描在坐标纸上，连成直线，通过求斜率和截距的方法得到E和r。
而图1（b）和图1（c）两个实验方案，不能直观地看出I与R或U与R的函数图像形态，如果要得到两个测量物理量之间的线性函数关系还要进一步变形才能得到如下的关系式。
图1（b）中有
图1（c）中有
从测量物理量的数据处理简便度和直观性来看，图1（a）伏安法的优越性非常明显。
（2）从操作上来看，图1（a）伏安法要同时读两个电表的读数，这个问题对于分组实验，可以让两个学生进行分工完成，在开关闭合后，同时对两个电表进行读数；图1（b）安阻法和图1（c）伏阻法在开关闭合前调节并记录变阻箱读数R，在闭合开关后，只需要读一个电表读数I或U，减少了读数时间。
如此一来，得到结论，在电表均为理想电表的情况下，分组实验最终数据处理运用图像法，偶然误差比较小，总体而言，选择图1（a）电路进行实验测定，要简便些。质疑又随之而来，为什么这个实验的读数时间要短些？如果考虑电表的内阻影响，在不限定实验器材的情况下，这3种实验设计，哪种更优？是不是3种实验设计都可以用来测定任何一个电池的电动势及其内阻？
二、突破教材谋求创新
对于选修3-1教材中“测定电池的电动势和内阻”的内容，有几个值得探讨的问题。
问题1：由于水果电池的内阻较大，只要测量尽量迅速，在其内阻不怎么变化的时间内完成测定，比较容易测量。那么，如果在操作没有错误的情况下，测定内阻很大的水果电池电动势和内阻时，用图1（a）和图1（c）这两个电路可行吗？
从教材的实验原理来看，图1（a）中的①式成立的前提是中电压表示数U为路端电压，电流表示数I可以看作为干路电流，而要想两电表的示数有较大的变化范围，滑动变阻器的取值R应与电池内阻r具有可比性，选择图1（a）的误差来源于电压表分流，当电池的内阻很大时，实验室选用的JO408-1型电压表3V挡内阻约为3 kΩ，这样一来电压表的分流作用便不可忽略，干路电流与电流表示数相差很大，导致误差很大。同理选择图1（c）的误差也是来源于电压表分流，图1（c）中的③式成立的前提是
可以看作为为干路电流，当电池的内阻很大时，系统误差很大。根据上面的分析，如果待测的水果电池内阻很大，应当选择图1（b）安阻法电路进行实验测定。
那么是不是就不能使用伏安法呢？迁移到前面所学知识，对图1（a）进行改进，可以得到实验电路如图2所示，内阻很大的水果电池，滑动变阻器的取值也就比较大，实验室选用的JO407型电流表0.6 A挡的内阻约为0.125Ω，考虑到学生电表的精度约为±2.5%，因此电流表分压作用的影响在电压表的示数上根本无法体现（不考虑理论上的误差分析），可以运用实验原理E=U+Ir变形出U=E-Ir借助于图像法较为准确地测定出内阻较大电池的电动势和内阻。
问题2：将水果电池换成旧干电池，那么教材中的几个电路都可行吗？我们进行如下几组比较。
比较1：伏安法两种电路连接方式图1（a）与图2的比较。
一般市场上所售旧干电池，其电动势略低于1.5 V，内阻不到1Ω，实验室选用的JO407型电流表0.6 A挡的内阻约为0.125Ω，JO408-1型电压表3V挡内阻约为3 kΩ，结合这几个数据，图1（a）电路的系统误差明显小于图2电路的系统误差，用图1（a）电路，考虑到电表的精度约为±2.5%，电压表的分流作用影响在电流表示数上根本无法体现（不考虑理论上的误差分析），在不考虑两电表读数的偶然误差时，通常我们认为用图1（a）电路测旧干电池电动势和内阻系统误差很小。
比较2：安阻法图1（b）和伏阻法图1（c）的比较。
分析安阻法误差可以从两个角度进行思考，一方面，旧干电池内阻不到1Ω，实验室选用的JO407型电流表0.6A挡的内阻约为0.125Ω，因此电流表的分压比较明显，导致关系式E=IR+Ir不在成立，系统误差较大；另一方面，将电流表内阻等效到电源中
可以看出，电池内阻的测量值比真实值大些，增大的部分是电流表的内阻，而这又是不能忽略的。
伏阻法主要原因来源于电压表的分流，其分析和伏安法图1（a）相似，在不考虑电压表读数的偶然误差和电阻箱内部接触电阻时，通常我们认为系统误差很小。
问题3：测定旧干电池的电动势和内阻，用图1（a）这个电路误差真的很小吗？
经过上文的分析，关于教材中测定电池的电动势和内阻实验电路的设计似乎已经分析完美了，如果是内阻很大的水果电池，选择伏安法用如图2所示电路，或者选择安阻法电路如图1（b）所示；如果是内阻不大的旧干电池，选择伏安法用如图1（a）所示电路，或者选择伏阻法电路如图1（c）所示。但是，笔者在一次与学生进行测定旧干电池电动势和内阻实验时发现，一直认为系统误差很小的图1（a）电路其实误差并不是很小的。
问题反映：有几组学生按照实验原理和操作规范进行实验，从大到小调节滑动变阻器接入电路的阻值，每次调好电路，闭合开关后两人同时读出电压表和电流表的数值并记录下来，并在坐标纸上作出U-I图像，图像所反映的线性关系却并不明显，图像中有较多点偏离直线较远。这是什么原因呢？于是笔者将那几组数据处理有问题的实验电路保留下来，自己反复实验，笔者发现这几组实验装置中有1个比较突出的问题，就是开关S有些松，接触不紧密。笔者在实验过程中，在开关S闭合后，试着用绝缘钳子夹一夹开关的簧片，结果发现两表示数有变化。笔者认为，出现这一现象的原因在于从“M→电池→N”这部分电路（如图3所示）的接触电阻
不可忽略。为了证实这一点，笔者进一步保持其他条件不变，分别用多个新的开关和一些旧的开关装到实验图1（a）中，在多次实验后发现，新、旧开关引起的电源内阻测量值能够相差0.1 Ω～0.2 Ω，即接触电阻有可能达到0.1 Ω～0.2 Ω，这与旧干电池的内阻r在同一个数量级上，而且考虑到每次读数开关都要重新断开和闭合，还是变化的，所以不仅仅带来实验误差，还引起了数据处理图像的线性不良，说明图1（a）（即图3）所示的电路图还有待改进。
从尽可能消除接触电阻影响的角度出发，笔者首先清除电池盒簧片M及电池盒接线柱上的氧化膜，并对图3的电路图进行了改进，将电压表直接接在电池盒的接线柱上，电路如图4所示，用改进后的电路重新进行实验，记录多次实验数据，做出U-I图像，图像反映的线性关系都很好。如此改进实验，相当于将开关S的接触电阻被加到了滑动变阻器上，使实验中开关S闭合和断开时的接触电阻值对实验结果不产生影响，所以实验精度也得到了明显的提高。当然，图4的电路也存在一个小问题，就是开关没有接在于路上，不能做到控制整个电路，在未闭合开关时，电压表就有了示数，违反了物理实验操作规范。于是，笔者又思考着如何改进图4电路，将图4电路中的单刀单掷开关换成双刀单掷开关，电路如图5所示，左侧P处的接触电阻被加到了电压表上，右侧Q处接触电阻被加到了滑动变阻器上。通过这样的改进，既达到了图4电路的实验效果，又不违反实验操作规范。
物理学是以实验为基础的学科，物理实验是物理学的基本内容，是以掌握物理知识及其相互间规律为目的、有计划人为复制和调控物质运动的状态与过程的一种科学实践活动。教材是前人经验的总结，立足于教材进行实验创新，可以让自己站得更高，眺得更远。