高考电学实验创新能力考查剖析，本文主要内容关键词为：电学论文,创新能力论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
《考试说明》中对实验能力的表述为：能在理解的基础上独立完成“知识内容表”中所列的实验，明确实验目的，理解和控制实验条件；会用在这些实验中学过的实验方法；会正确使用在这些实验中用过的仪器；会观察、分析实验现象；会处理实验数据，并得出结论。
实验能力是中学物理教学中必须培养的一项重要能力。近年来的高考加强了对实验的考查，实验题单列，赋17分；通过考查实验知识和实验知识的应用考核学生的实验能力，特别注意联系实验操作考查学生的能力。本文以近几年来几道创新的电学实验试题为例，透视创新能力考查的命题意图。
创新之一：电压表作为待测固定电阻
【例1】（1997年全国考题）某电压表的内阻在20kΩ～50k Ω之间，现要测量其内阻，实验室提供下列可选用的器材：待测电压表V（量程3V）、电流表A[,1]（量程200μA）、电流表A[,2]（量程5mA）、电流表A[,3]（量程0.6A）、滑动变阻器R（最大阻值1kΩ）、电源E（电动势6V），开关S。
（1）所提供的电表中，应选用______。
（2）为了尽量减少误差，要求测多组数据，试画出符合要求的实验电路图（其中电源、开关及连线已画出）。
【解析】本题的新意是将电压表内阻作为待测定值电阻，考查学生对等效的理解。学生受思维定势的负面影响，只考虑电压表在电路中的连接方式，没有把电压表看作一个大电阻，导致思维入歧途。
因通过电压表的电流必须由电流表测定，所以电流表与电压表应串联。由于电压表内阻在
之间，电流表内阻与电压表内阻相比可忽略不计。而滑动变阻器R的阻值小于电压表内阻，且实验要求测多组数据，因此实验电路中变阻器应接成分压器，这样电压表的电流在200μA～80μA之间，故电流表选A[,1]。根据电流、电压表示数，可求得电压表内阻R[,v]＝U/I，电路如图2所示。
创新之二：多用电表选档查断路导线
【例2】（1997年全国考题）如图3所示电路三根导线中，有一根导线是断的，电源、电阻器R[,1]、R[,2]及另外两根导线都是好的，为了查出断导线，某同学想先将多用表红表笔连接在电源正极a，再将黑表笔分别连接在电阻R[,1]的b端和R[,2]的c端，并观察多用表指针的示数，在下列选项中，符合操作规程的是
A.直流10V档B.直流0.5A档
C.直流2.5V档
D.欧姆档
【解析】本题一改以往多用电表欧姆档测电阻正确使用和读数的考查模式，要求学生从电流档、电压档、欧姆档中选择能查到电路中断导线的档位，通过试探、观察和分析决定取舍，试题的考查意图更具有实际应用性。
我们不妨作如下分析。如果用电流0.5A档，当ab断开，而黑表笔接c端时，电流大小为I＝6/5＝1.2A＞0.5A，会烧坏电表。欧姆档是不能测含有电流的那段电路电阻的。用直流电压档来测量时，若ab断，而黑表笔接c端时，相当于电压表直接连在电源正、负极间，电压最大，为6V，所以符合操作规程的是选用直流10V档，即选项（A）正确。
创新之三：单刀双掷开关改变实验电路
【例3】（1999年全国考题）图4为测量电阻的电路，R[,x]为待测电阻，R的阻值已知，R′为保护电阻，阻值未知，电源E的电动势未知。S[,1]、S[,2]均为单刀双掷开关，A为电流表，其内阻不计。（1）按图4所示电路，在图5的实验图上连线。（2）测量R[,x]的步骤为：将S[,2]向d闭合，S[,1]向_____闭合，记下电流表读数I[,1]。再将S[,2]向c闭合，S[,1]向_____闭合，记下电流表读数I[,2]。计算R[,x]的公式是R[,x]＝____。
【解析】本题的新意在于考题中出现了两个单刀双掷开关实物，这是历年高考电学实验连图中从未见过的，学生感到陌生，差错率很高。此题要求学生有较好的实验原理理解能力和动手操作能力。首先将电流表“＋”、“－”接线柱分别与S[,1]、S[,2]单刀双掷开关的中间接线柱串连，然后从电源正极出发，依次连R′→R→b（S[,1]）→d（S[,2]）和依次连R′→R[,x]→a（S[,1]）→c（S[,2]）（见图6）。测量时，将S[,2]向d闭合，S[,1]向a闭合。S[,2]向c闭合，S[,1]向b闭合。因电流表是理想电表，所以两种连图中并联部分电压相等，有I[,1]R[,x]＝I[,2]R，得R[,x]＝I[,2]R/I[,1]。
创新之四：无刻度值电压表测电源内阻
【例4】（1999年上海考题）现有一阻值为10.0Ω的定值电阻、 一个开关、若干根导线和一个电压表，该电压表表面上有刻度但无刻度值，要求设计一个能测定某电源内阻的实验方案（已知电压表内阻很大，电压表量程大于电源电动势，电源内阻约为几殴）要求：
（1）画出实验电路图7。
（2）简要写出完成接线后的实验步骤。
（3）写出用测得的量，计算电源内阻的表达式r＝_____。
【解析】这道实验设计题的新意在于用无刻度值电压表测电源内阻。要求学生在理解电压表面刻度均匀的基础上，假设电压表偏转格数N来等效电压表示数，这对实验思维呆板的学生来说是一种障碍。
实验电路图见图7，实验步骤为：断开开关，记下电压表偏转格数N[,1]；合上开关，记下电压表偏转格数N[,2]，对应有
E＝N[,1]
E＝N[,2]＋（N[,2]/R）r
联立两式得
r＝（N[,1]－N[,2]）R/N[,2]
创新之五：物理原理判断实验得以完成的条件
【例5】（1998年全国考题）用图8所示的电路测定未知电阻R[,x] 的值。图中电源电动势未知，电源内阻与电流表的内阻均可忽略不计，R为电阻箱；（1）若要测得R[,x]的值，R至少需要取_____个不同的数值。
（2）若电流表每个分度表示的电流值未知，但指针偏转角度与通过的电流成正比，则在用此电路测R[,x]时，R至少需取______个不同的数值。
（3）若电源内阻不可忽略，能否应用此电路测量R[,x]。
【解析】要测定R[,x]的值，必须具备一定的实验操作条件。本题涉及到电源内阻r，电流表刻度无数值，对变阻箱R的取值个数的限制。新意在于用闭合电路欧姆定律进行判断，真正体现理论联系实际。
当变阻箱取不同数值R[,1]和R[,2]，电流表对应示数为I[,1]和I[,2]，据闭合电路欧姆定律得
E＝I[,1]（R[,1]＋R[,x]＋r）
E＝I[,2]（R[,2]＋R[,x]＋r）
化简得 R[,x]＝（I[,2]R[,2]－I[,1]R[,1]）/（I[,1]－I[,2]）－r显而易见，若r＝0，R至少取2个不同数值即可，若r≠0，则不能用此电路测R[,x]值。当r＝0时，即使电流表面无刻度， 因指针偏转角度与通过的电流成正比，R[,x]＝I[,2]R[,2]－I[,1]R[,1]/I[,1]I[,2]说明R只需至少取2个不同的数值，也能测量R[,x]。
培养学生的创新精神和创造能力、实践能力是实施素质教育的重点。综观近几年的高考物理电学实验试题，渗透创新意识，起了很好的示范导向作用，试题内容源于书本、活于书本。创新的试题势必引导学生进行创新的思维。