譚俊賢

摘 ? 要：電學(xué)實(shí)驗(yàn)是高中物理非常重要的內(nèi)容，也是歷年高考的必考點(diǎn)。在高三第一輪復(fù)習(xí)過(guò)程中，不少老師習(xí)慣于按照教材的編排順序，結(jié)合教輔資料，逐一復(fù)習(xí)相關(guān)實(shí)驗(yàn)。如此疏于整合的散點(diǎn)式復(fù)習(xí)不利于學(xué)生形成系統(tǒng)的知識(shí)體系，不利于提升學(xué)生的應(yīng)變能力，不利于學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的形成。為此，結(jié)合教材體系，圍繞電學(xué)實(shí)驗(yàn)的高頻考點(diǎn)，基于深度學(xué)習(xí)視角，對(duì)高三電學(xué)實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)設(shè)計(jì)進(jìn)行探索。

關(guān)鍵詞：深度學(xué)習(xí);電學(xué)實(shí)驗(yàn);復(fù)習(xí)設(shè)計(jì)

中圖分類(lèi)號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ?文章編號(hào)：1003-6148（2022）4-0008-3

縱觀歷年高考，電學(xué)實(shí)驗(yàn)的考點(diǎn)主要分布在連接電路、故障分析、器材選擇、記錄數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)及誤差分析上，考查聚焦于實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，開(kāi)放自實(shí)驗(yàn)原理。如何設(shè)計(jì)電學(xué)實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)單元，使分散的電學(xué)實(shí)驗(yàn)聚合在一個(gè)有機(jī)的系統(tǒng)之內(nèi)，耦合學(xué)生的思維習(xí)慣，提升學(xué)生的應(yīng)變能力，凝練學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，不僅是應(yīng)對(duì)高考的權(quán)宜之計(jì)，而且是服務(wù)于終身學(xué)習(xí)的智慧引領(lǐng)。崔允漷教授認(rèn)為，指向素養(yǎng)的學(xué)習(xí)必須是深度的學(xué)習(xí)，即高認(rèn)知、高投入、情境介入的主動(dòng)學(xué)習(xí)。為此，筆者嘗試將電學(xué)實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)單元主線設(shè)計(jì)為：認(rèn)識(shí)表頭—改裝電表—校對(duì)改裝表刻度—測(cè)量改裝表內(nèi)阻—伏安法的選擇。

1 ? ?認(rèn)識(shí)表頭

在高中物理中，表頭有三層意義：

（1）量程Ig很小的電流表;

（2）能夠顯示電流的定值電阻Rg;

（3）內(nèi)阻Rg已知的表頭等效于量程Ug = IgRg的電壓表。

2 ? ?改裝電表

改裝電表包括表頭擴(kuò)程為常用電流表、表頭改裝為電壓表或歐姆表，如圖1所示，其關(guān)鍵能力體現(xiàn)在：

（1）強(qiáng)化電阻測(cè)量及計(jì)算的原始方法：

（2）厘清電表示數(shù)與指針偏轉(zhuǎn)的關(guān)系：

指針偏轉(zhuǎn)的根本原因是有電流IG流過(guò)表頭，且指針偏角與電流大小成正比。因此，直接將電壓表與電源兩極相連，電壓表示數(shù)不是電動(dòng)勢(shì)，而是路端電壓;歐姆表的0刻度對(duì)應(yīng)最大電流Ig，處于刻度盤(pán)的右端。

（3）洞悉刻度分布的物理原理：

3 ? ?校對(duì)改裝表刻度

校對(duì)刻度必須逐格校準(zhǔn)，包括“0”刻度線，所以滑動(dòng)變阻器采用分壓接法。校對(duì)改裝電流表A時(shí)，將標(biāo)準(zhǔn)電流表A0與改裝表A串聯(lián)，觀察二者示數(shù)是否相同。由于電流表內(nèi)阻太小，實(shí)際電流很容易超過(guò)量程，所以需要保護(hù)電阻R0。校對(duì)改裝電壓表V時(shí)，將標(biāo)準(zhǔn)電壓表V0與改裝表V并聯(lián)，觀察二者示數(shù)是否相同;因?yàn)殡妷罕韮?nèi)阻足夠大，實(shí)際電流足夠小，所以不需要保護(hù)電阻。校對(duì)電路如圖2所示。

滲透在校準(zhǔn)電路中的關(guān)鍵能力是理清設(shè)置保護(hù)電阻的原因及設(shè)置方法。

4 ? ?測(cè)量改裝表內(nèi)阻

在選擇電表時(shí)，高中物理有別于初中物理的是不僅要關(guān)注量程的大小，還要關(guān)注電表內(nèi)阻是否已知，測(cè)量改裝表的內(nèi)阻很有必要。

4.1 ? ?伏安法測(cè)電表內(nèi)阻

（2）面對(duì)的問(wèn)題：

改裝表A1兩端電壓U1太小，實(shí)驗(yàn)室常用電壓表難以顯示讀數(shù)。通過(guò)改裝表V1的電流I1太小，實(shí)驗(yàn)室常用電流表難以顯示讀數(shù)。

（3）實(shí)驗(yàn)方案：

在設(shè)計(jì)電路時(shí)，創(chuàng)造性地使用電壓表和電流表有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力。

4.2 ? ?半偏法測(cè)電表內(nèi)阻

（1）半偏法測(cè)電流表內(nèi)阻：

實(shí)驗(yàn)原理：并聯(lián)電路的分流原理。

實(shí)驗(yàn)電路如圖5所示。

主要實(shí)驗(yàn)步驟：

第一步，閉合S1，斷開(kāi)S2，調(diào)節(jié)R1，使表頭滿偏;

第二步，閉合S1和S2，保持R1不變，調(diào)節(jié)R2，使表頭半偏。

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：Rg = R2

誤差分析——電路的動(dòng)態(tài)變化：

第一步，外電阻R=Rg+R1，總電流I=Ig

真實(shí)值R2<Rg

誤差歸因：隨著R2接入電路，導(dǎo)致外阻R變小，總電流I變大。

誤差修正：統(tǒng)籌滑動(dòng)變阻器R1和電源電動(dòng)勢(shì)E，盡量減小總電流I的變化。

（2）半偏法測(cè)電壓表內(nèi)阻：

實(shí)驗(yàn)原理：串聯(lián)電路的分壓原理。

實(shí)驗(yàn)電路如圖6所示。

主要實(shí)驗(yàn)步驟：

第一步，閉合S1和S2，調(diào)節(jié)R1，使電壓表滿偏;

第二步，閉合S1，斷開(kāi)S2，保持R1不變，調(diào)節(jié)R2，使表頭半偏。

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：RV = R2

誤差分析——電路的動(dòng)態(tài)變化：

將調(diào)整后的滑動(dòng)變阻器R1的右邊部分視為電源內(nèi)阻。

第一步，路端電壓U=Ug

第二步，外阻變大，路端電壓變大，U'>U，

誤差歸因：隨著R2接入電路，導(dǎo)致外阻R變大，路端電壓U變大。

誤差修正：統(tǒng)籌滑動(dòng)變阻器R1和電源電動(dòng)勢(shì)E，盡量減小總電流I的變化。

5 ? ?伏安法的選擇

運(yùn)用“伏安法”進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，之所以要在電流表內(nèi)、外接法之間作出選擇，根本原因是尋找系統(tǒng)誤差最小的實(shí)驗(yàn)方案，履行好實(shí)驗(yàn)者安全、準(zhǔn)確地完成實(shí)驗(yàn)的義務(wù)。若電流表內(nèi)阻已知，則采用電流表內(nèi)接法進(jìn)行實(shí)驗(yàn);若電壓表內(nèi)阻已知，則采用電流表外接法進(jìn)行實(shí)驗(yàn);若電流表、電壓表內(nèi)阻均已知，則采用內(nèi)、外接法都可以使系統(tǒng)誤差為0，建議采用電流表內(nèi)接法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，因?yàn)橄到y(tǒng)誤差更容易修正;若電流表、電壓表內(nèi)阻均不知，則需要對(duì)比分析電流表因?yàn)榉謮簬?lái)的負(fù)面影響與電壓表因?yàn)榉至鲙?lái)的負(fù)面影響，采用負(fù)面影響（系統(tǒng)誤差來(lái)源）更小的實(shí)驗(yàn)方案。

物理學(xué)科內(nèi)部環(huán)環(huán)相扣，工具學(xué)科全面滲透，特點(diǎn)鮮明。單點(diǎn)式、單線式的教學(xué)都不足以體驗(yàn)學(xué)科魅力。有情懷、有思想、有品位的教學(xué)設(shè)計(jì)，應(yīng)該站在學(xué)科體系的高度，縱貫小學(xué)科學(xué)、初中物理和高中物理，厘清知識(shí)主線，找準(zhǔn)素養(yǎng)生長(zhǎng)點(diǎn);既關(guān)注科技前沿的中學(xué)物理概念，又傳承物理學(xué)家的關(guān)鍵能力和科學(xué)品格;基于中學(xué)生的心理特點(diǎn)和認(rèn)知規(guī)律，夯實(shí)學(xué)科基礎(chǔ)，啟迪創(chuàng)新思維，培育創(chuàng)新能力，促進(jìn)深度學(xué)習(xí)。

參考文獻(xiàn)：

[1]王凱浩. 高中物理電學(xué)實(shí)驗(yàn)的復(fù)習(xí)方法與策略分析[J]. 數(shù)理化解題研究，2017（31）：67-68.

[2]李芳.高中物理電學(xué)實(shí)驗(yàn)的備考策略[J].中學(xué)物理，2016，34（9）：71-72.（欄目編輯 ? ?趙保鋼）