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      例析高考電學實驗題,歸納電學實驗創(chuàng)新點

      2019-11-18 13:20:25張立泰
      教師·下 2019年9期
      關鍵詞:創(chuàng)新點研究對象電學實驗

      張立泰

      摘 要:近幾年高考對電學實驗的考查有了較高的要求,實驗考查注重從知識到能力的遷移,試題在原有的五個基本實驗基礎上,在研究對象、實驗原理和實驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計處理等方面進行了創(chuàng)新,試題創(chuàng)新點頻頻出現(xiàn),這對考查學生的能力和推進新課程的改革很有幫助。只要考生認真分析,找出試題的創(chuàng)新點,應用所學的知識進行解答,定能“滿分”而歸,文章根據(jù)兩道電學實驗試題,歸納電學實驗的創(chuàng)新點,對創(chuàng)新點進行思考、分析、遷移和拓展,找出解決問題的辦法。

      關鍵詞:創(chuàng)新點;研究對象;實驗原理;電學實驗

      一、引言

      筆者通過對近幾年電學實驗高考試題的分析,發(fā)現(xiàn)電學試題難點形成的原因主要是學生對解答創(chuàng)新實驗缺乏平時對實驗思想方法(如模擬法、控制變量法、半偏法、轉換法、放大法、比較法、替代法等)進行歸納和總結,面對電學實驗創(chuàng)新題,找不到切入點,找不到實驗設計原理和可行的解決問題辦法。造成這種問題的原因主要是其對基本實驗理解得不透徹,應用不靈活,缺乏對掌握知識的遷移能力和創(chuàng)新意識。下面通過筆者對例題的分析,歸納出創(chuàng)新實驗的創(chuàng)新點,通過分析,領悟解決創(chuàng)新電學實驗的精髓,總結解決電學實驗的方法,達到解決電學實驗問題的目的。

      例題1:某多用電表內歐姆擋“×1”的內部電路圖(如圖甲的虛線框所示)。一學習小組將電阻箱和電壓表并聯(lián)后接到多用電表兩表筆A、B上,采用圖甲的電路測量多用電表歐姆擋“×1”正常工作時的內阻RΩ和其內部電池的電動勢E(電壓表的內阻很大,它在該電路中的分流作用可以忽略),實驗操作步驟如下:

      (1)先調整“指針定位螺絲”,再將選擇開關轉至歐姆擋“×1”,紅黑表筆短接,調節(jié)“歐姆調零旋鈕”使指針指在表盤___(填“左”或“右”)側零刻度處。

      (2)電阻箱和電壓表并聯(lián)后的兩端分別接在表筆A和B上,正確的接法是:電壓表的正接線柱要接在多用電表的表筆___(填“A”或“B”)上。

      (3)改變電阻箱的阻值,得出多組電壓表和電阻箱的示數(shù)U、R,并將對應的和的值計算出來并記錄在表格中,再畫出-(圖像如圖乙所示),若圖乙中圖線的斜率為k1、與縱軸的截距為b1,則所測內部電池的電動勢E=____,歐姆擋“×1”正常工作時的內阻RΩ=____。(用k1、b1表示)

      (4)一位同學提出了數(shù)據(jù)處理的另一種思路:先計算出,然后畫U-(圖像如圖丙所示)。由圖丙得到圖線斜率為k2、與縱軸的截距為b2,則電池的電動勢E=? ? ? ?,歐姆擋“×1”正常工作時的內阻RΩ=? ? ? ? 。(用k2、b2表示)

      【答案】右;B; ;? b2; -k2

      【解析】(1)歐姆表的0刻度線在表盤最右側,因此進行歐姆調零時應將紅黑表筆短接調解歐姆調零電阻,使指針調到右側零刻度線處;(2)根據(jù)電壓表的接法,電流應該從電壓表的正接線柱流入,負接線柱流出,由圖甲可知,表筆B接的是電源的正極,因此電壓表的正極應該接表筆B處;(3)根據(jù)閉合電路歐姆定律有E=U+IRΩ=U+RΩ,得=+·,由圖乙可知,圖線截距b1=,斜率k1=,即E=,RΩ=;(4) 根據(jù)E=U+IRΩ=U+RΩ等效變換U=E-RΩ,圖丙中圖線截距b2=E,斜率k1=-RΩ,故RΩ=-k2。

      【考查目的】考查用伏阻法測電源電動勢和歐姆表內阻、歐姆調零、電壓表連接、實驗數(shù)據(jù)分析處理。

      【實驗創(chuàng)新】此實驗對測電池電動勢和內阻實驗進行了三方面的創(chuàng)新:一是實驗研究對象發(fā)生了變化,測電池和其他原件連接等效電源電動勢和內阻;二是實驗原理發(fā)生了變化,由常規(guī)的伏安法測電動勢和內阻改換成伏阻法;三是實驗數(shù)據(jù)處理用兩種方法,在實驗數(shù)據(jù)處理上進行了創(chuàng)新。

      例題2:(2016·天津卷)某同學想要描繪標有“3.8 V,0.3 A”字樣小燈泡L的伏安特性曲線,要求測量數(shù)據(jù)盡量精確,繪制曲線完整,可供該同學選用的器材除了開關、導線外,還有:電壓表V1(量程0~3 V,內阻等于3 kΩ);電壓表V2(量程0~15 V,內阻等于15 kΩ);電流表A1(量程0~200 mA,內阻等于10 Ω);電流表A2(量程0~3 A,內阻等于0.1 Ω);滑動變阻器R1(0~10 Ω,額定電流2 A);滑動變阻器R2(0~1 kΩ,額定電流0.5 A);定值電阻R3(阻值等于1 Ω);定值電阻R4(阻值等于10 Ω);定值電阻R5(阻值等于1 kΩ);電源E(E=6 V,內阻不計)

      ①請畫出實驗電路圖,并將各元件字母代碼標在該元件的符號旁。②該同學描繪出的I–U圖像應是下圖(如圖3)中的______。

      【答案】①電路如圖2? ②B

      【解析】①電壓表V2和電流表A2量程太大,電壓表V1和電流表A1量程偏小,根據(jù)題中所給條件和要求,可以對電壓表V1和電流表A1進行改裝,電壓表V1與定值電阻R5串聯(lián),改裝成量程為4V的電壓表;電流表A1與定值電阻R4并聯(lián)改裝為量程為0.4A的電流表;因為小燈泡的阻值較小,故電流表采用外接法;要繪制完整的曲線,滑動變阻器應采用分壓接法,要選擇總阻值小的R1電阻,電路如圖2。 ②因為小燈泡燈絲的電阻隨溫度升高而增大,所以該同學描繪出的I-U圖線應該是B.

      【考查目的】探究小燈泡的伏安特性曲線實驗、電表改裝、器材選取、電路設計。

      【實驗創(chuàng)新】例題考查描繪小燈泡的伏安特性曲線的實驗;題中難點是所給的電表量程都不適合,題中的創(chuàng)新點是對電流表和電壓表按需要進行改裝,還考查了電表的改裝方法;其他部分基本和課本的基本實驗一樣。

      通過對近幾年高考電學題的分析和上面例題的分析,實驗創(chuàng)新題主要在以下四方面進行創(chuàng)新:

      二、對實驗研究對象進行創(chuàng)新

      在高中電學實驗中測量的物理量基本上就書中的幾種,但可以測不同的研究對象的物理量。解決辦法可以模擬書中基本實驗測量方法,達到實驗目的。

      常見創(chuàng)新問題歸納如下:

      一是對課本中基本實驗描繪小燈泡伏安特性曲線進行創(chuàng)新:把研究對象改換成二極管、熱敏電阻、電動機、光電池、電池等電學原件的伏安特性曲線。

      二是對課本基本實驗測電池電動勢和內阻進行創(chuàng)新:把研究對象改換成水果電池、光電池、含其他原件等效電源(如例題中歐姆表內電池電動勢和歐姆表內阻)電動勢和內阻。

      三是對課本中基本實驗伏安法測金屬電阻率進行創(chuàng)新:把研究對象改換成多匝線圈的長度、金屬板的厚度、圓管內徑等物理量。

      三、對實驗原理進行創(chuàng)新

      在給定實驗目的的情況下,實驗創(chuàng)新題體現(xiàn)在電路的結構和實驗原理上變化,不論哪種解決辦法,都依據(jù)歐姆定律進行解答,考查學生的知識遷移能力。

      一方面,對課本中基本實驗測電池電動勢和內阻實驗進行創(chuàng)新:可以用多用電表、伏阻法、安阻法、伏伏法、安安法等方法進行測量。

      另一方面,對課本中基本實驗伏安法測電阻進行創(chuàng)新:測各種原件的電阻可以用安安法、伏伏法、比較法、替代法、轉換法、半偏法等方法進行。

      四、對實驗測量數(shù)據(jù)統(tǒng)計處理進行創(chuàng)新

      實驗中測量得到的數(shù)據(jù),處理方法不同雖然能得出測量結果,但精度可能不同,所以實驗經??疾閷嶒灁?shù)據(jù)的處理。解決辦法是應用所學的知識尋找待測量之間的函數(shù)關系,明確各物理量間的變化規(guī)律,進而求出待測量。

      例如,在用伏阻法和安阻法測電源電動勢和內阻實驗中,可用解析法,也可用圖像法(圖像法橫坐標和縱坐標可以用不同量)。

      再如,用半偏法測電流計內阻、測電壓表內阻時,處理數(shù)據(jù)可以用半偏法,可以用比較法,也可以用圖像法。

      五、對提高測量結果精確性、保證測量安全性進行創(chuàng)新

      在電學實驗中,經??疾樵O計實驗的“安全性原則”和“精確性原則”,這類題離不開儀器的選擇、電路連接和設計。根據(jù)題中已知儀器的參量和要求進行創(chuàng)新,解決辦法是注重基本實驗技能的訓練,分析細節(jié),優(yōu)化實驗設計,培養(yǎng)學生創(chuàng)造思維能力。

      例如,根據(jù)題中的已知條件和實驗具體要求,對題中給的電表進行改裝,達到測量要求再接入電路進行測量;在電路中串聯(lián)或并聯(lián)一個電阻對電路中的電源、電表等電學器件進行保護;為了提高測量精度,要對測量數(shù)據(jù)進行放大或縮小,要在電路中串聯(lián)或并聯(lián)一個電阻。

      六、結語

      從上面兩個例題的分析、解答、歸納和總結提升來看,電學實驗創(chuàng)新題都是設置了新的情境,在實驗原理、方法理解、分析過程、儀器使用、數(shù)據(jù)處理、誤差分析等方面進行考查,考查內容在原有的基礎實驗的基礎上進行了創(chuàng)新,目的是考查學生運用已學的知識處理新情境問題的遷移能力。只有找出實驗試題的創(chuàng)新點,才能找到正確結題的切入點,抓住解題規(guī)律,才會事半功倍。

      參考文獻:

      [1]蒲永松.電學設計性實驗思路分析與研究[J].數(shù)理化學習(高中版),2017(7):42-43.

      [2]崔 瑤.2007—2016年高考全國卷物理電學實驗試題研究[D].重慶:重慶師范大學,2017.

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