胡道成

新高考评价体系背景下的电学实验题的命题方式是以教材基本实验为载体，结合替代法测电阻、等效法测电阻、研究热敏电阻阻值随温度变化、用传感器制作简单的自动控制装置等来命制创新实验题，其实，电学实验题都是直接或间接的测电压U和电流，，通过对实验原理的理解、设计实验电路、选择实验器材（迁移应用）、连接实物图、电表改装、绘制图像、实验数据的处理、多用电表的使用、实验结果的评估（误差分析）、电路的连接及故障的判定等来考查串并联电路特点、闭合电路欧姆定律、部分电路欧姆定律等必备知识，主要考查推理论证能力、实验探究能力、创新能力等关键能力，充分体现了对科学思维、科学探究的核心素养考查特点，突出对“应用性、综合性、创新性”的命题要求，只有在牢同掌握基础知识的前提下，从提高思维品质、思维程序和思维方法上人手，突破“如何寻找思维起点”“具体要考虑哪些方面”“为什么要这样处理”等思维障碍，才能切实提高“解决问题能力”.

一、选择实验仪器的基本思路和解题技巧

解答电学实验题必须遵循这个基本原则和思考程序：一要安全（不损坏器材），二要可测（原理可行），三要准确（误差小），四要方便节能.

1.首先考虑实验仪器的安全问题.任何仪器都有量程与规格限制，使用过程巾首先要从量程和规格去分析，考虑是否会损坏电源、电表和用电器，这是选择器材的重要依据.滑动变阻器的限流式接法与分压式接法也会受到器材安全的制约，必要时需要给滑动变阻器或电学元件串联保护电阻.

2.其次从实验原理上分析如何达到实验目的，这是对实验原理的再认识和深加工.包括实验器材的选择和迁移运用，同绕实验目的来组织实验步骤和数据处理方法，需要经过多个环节的综合思考.若要测电阻，需要通过R=U/I或者等效替代法来完成，会在伏安法的基础上衍生出安安法、伏伏法、安阻法、伏阻法、半偏法等，实际上也是如何测电压和电流的问题.若需要测电阻率，可通过电阻决定式R=p=L/S来进行;若要测电源的电动势E和内阻r.则必须通过闭合电路的欧姆定律来进行两次列式求解，或者是通过U-I图像的斜率与截距来解决;若要获得小灯泡的伏安特性曲线、研究热敏电阻、光敏电阻等，也都是设法测U和，两个物理量.遇到缺少电流表、电压表中的某一器材，或者题目所给器材不能满足测量要求时，需要考虑改装电流表、电压表，通过扩大量程来实现：有时则需要用“电压表+定值电阻（电阻箱）”代替电流表，用“电流表+定值电阻（电阻箱）”代替电压表;另外是已知内阻的电压表可以测小电流，已知内阻的电流表可以测小电压.

3.再次考虑如何减小测量误差.电学实验的基本要求是：电表的读数要求达到满刻度的÷以上，能测量就选用小量程以减小测量误差;有些电表单从量程上看好像不能用，但实际电路中由于其他器材的接人而使它所測的电压和电流并不会超过量程而可以使用：对于因电路结构发生变化（比如半偏法）的问题，一定要从局部电路因开关的断开与闭合而接人了不同的电阻、滑动变阻器滑片的移动等对整个电路总电阻的影响方面去做出全面、准确的分析.

4.最后考虑方便与节能要求.滑动变阻器只要在满足安全要求的情况下使用，阻值越小的越易于操作，所以优先选用：滑动变阻器的限流式与分压式接法相比，限流式接法更节能，连线也更方便;在小灯泡伏安特性曲线的描绘、研究热敏电阻、光敏电阻、压敏电阻等问题中却因电压需要“从零开始”“大范围调节”而不能使用限流式接法，解题时首先要满足前面的三个要求，至于“方便节能”若难以顾及可不考虑.显，要采用电流表内接法;若Rx与Ra相近，则电流表分压明显，要采用电流表外接法.

（3）试探法：先任意采用一种接法，得到两表的一组读数，再换用另一种接法，得到两表的另一组读数，若△u/u>△I/I，则说明电压表示数变化明显，原因是电流表分压明显，采用电流表外接法就可以避免电流表分压;若△U/U<△I/I，则说明电流表示数变化明显，原因是电压表分流明显，要采用电流表内接法以避免电压表分流.

2.熟记滑动变阻器限流式接法与分压式接法的选择原则

（1）若要求待测对象上的电压、电流调节范围较大（从零开始、多次测量、大范围调节）要采用分压接法，比如测元件伏安特性、校对改装表等;若待测对象电阻大于滑动变阻器全电阻（半偏法测电压表内阻），或者限流接法无法保证仪器安全时，要采用分压接法.

（2）若待测对象电阻接近或小于滑动变阻器全电阻（半偏法测电流表内阻且不要求从零开始连续可调），电源放电电流太大（滑动变阻器额定电流太小），或者是测量电路的电阻发生较大变化时电路电流变化很小（如半偏法测电流表内阻），都要用限流接法.

（3）当两种接法均可时，则考虑方便节能，要用限流式接法.

三、电学实验题的一些创新途径及备考策略

1.以电表的改装及使用为创新点，考查“设计电路图”“连接实物图”的电学实验题

例1 （贵州毕节市2021年11月考试题）某同学要测量两节干电池串联后的电动势和内阻，实验室提供的器材如下：

A.待测的两节干电池：

B.量程为3V，内阻未知的电压表v;

C.满偏电流Ig= 200mA，内阻rg=6Ω的电流计G：

D.滑动变阻器R（最大电阻10Ω，允许通过的电流为1A）;

E.电键.s，导线若干.

（1）实验需要将电流计改装成量程为0.6A的电流表，实验室还需要提供一个阻值为 ___Ω的定值电阻R1.

（2）实验室满足了需要提供的定值电阻R1，请根据实验室提供的所有器材，设计实验电路图，画在图l（a）的方框内，并依据电路图将实物图1（b）连接好.连接好电路后，闭合电键前，应将滑动变阻器的滑片滑到一端，使滑动变阻器接入电路的电阻为

（填“最大”或“零”），闭合电键后，调节滑动变阻器，测得多组电压表y的示数U和对应的电流计G的示数，，做出U-I图线，如图l（c）所示，则测得电源的电动势E=___V，电源的内阻r=____Ω（结果均保留两位有效数字）.

解析（1）将电流计改装成量程为0.6A的电流表需要给电流计并联一个小电阻，以便用它分去一部分电流（I-Ig），根据殴姆定律可知：Igrg=（I-Ig）R1，代人数据解得R1=3Ω;（2）基于教材实验电路图分析电流表外接法和内接法，这里由于改装后的电流表内阻已知，采用电流表外接法可以巧妙地将电流表内阻视为电源内阻的一部分参与测量（测出后减去电流表内阻即可），这样就可以有效地减小电动势和内阻的测量误差（若采用电流表内接法，则电压表的分流作用会造成较大的测量误差）具体电路如图2（a）所示;根据电路图连接电路，如图2（b）所示.

（3）本题中的滑动变阻器是限流式接法，闭合

备考策略 （1）对于设计电路图的问题，要根据实验原理，将电路分为供电电路和测量电路两部分来处理，要在熟练掌握教材基本电路的基础上去根据题给器材及其替代方案进行变换，画电路图要注意导线“横平竖直”，交叉相连处打个点，不能出现断开的地方.

（2）根据电路图连接电路时要注意电源正、负极，电流表、电压表量程和接线柱的正、负极;滑动变阻器限流式接法会出现三线接法与两线接法的区别，滑动端与固定端的接线不能互换.

（3）连接电路时最好从电源正极出发，先完成内圈一个完整的回路，在逐渐连接第二圈、第三圈完整回路，连接过程中导线不能交叉，也不能从导线中途去破线连接，一定要接在接线柱上.

（4）对于闭合开关前滑动变阻器滑片的位置问题，如果是限流式接法，则要将滑片置于让滑动变阻器接入电路的电阻值最大的一端：如果是分压式接法，则要将滑片置于让待测电路分得的电压为最小值的那一端.

2.以多用电表的原理及使用为创新点的电学实验题

例2（大连八中2021年11月期中考试题）多用电表是实验室中常用的测量仪器，如图3（a）所示为多量程多用电表示意图，其中电流有1. OA、2.5A两个档位，电压有2.5V、10V两个档位，欧姆表有两个档位.

（1）通过一个单刀多掷开关S，B可以分别与触点1、2、3、4、5、6接通，从而实现用多用电表测量不同物理量的功能，

①图3（a）中B是____（选填“红”或“黑”）表笔：

②当s接触点 ______（选填“1、2、3、4、5、6”）时对应多用电表2. SA档：

③当S接触点3时，测量倍率比5接触点4时小，则E.____ E2（选填“>”“<”或“=”）;

（2）实验小组用该多用电表测量电源的电动势和内阻，器材还有：待测电源（电动势约为9V），定值电阻R0=8.0Ω，电阻箱一只，連接实物如图3（b）所示，测量时应将图3（a）中.s接触点 _____（选填“1、2、3、4、5、6”）;改变电阻箱阻值R，测得并记录多组数据后，得到对应的1/U=1/R去图像如图3（c）所示，则电源电动势E=____V，内阻r= ____Ω（结果保留两位有效数字）.

解析（1）①当开关S与触点“3”或“4”相连时为欧姆表，此时内部电池正极接的是黑表笔，电流从黑表笔流出，经过待测电阻后从红表笔流人欧姆表，所以B是黑表笔：②因为与表头并联的电阻越小，电流表的量程就越大，所以当S接触点“1”时，右边的电阻与表头串联，左边的电阻再与它们并联，对应多用电表2. 5A档：③在使用不同倍率的欧姆挡测电阻时，若表头的指针指在同一个位置，说明通过表定要熟悉多用电表的结构和测量原理.

（1）多用电表内部电池正极接黑表笔，负极接红表笔，测电阻时是用内部电源，所以电流从黑表笔流出，经过待测电阻后从红表笔流人电表：使用欧姆挡时，若黑表笔接二极管正极，红表笔接二极管负极，则二极管处于导通状态，电阻很小，反之电阻很大，据此可判定二极管的正、负极;多用电表测电压和电流时，外部电流从红表笔流人，从黑表笔流出.

（2）欧姆表表盘不同于电压表和电流表，左边为∞右边为0，左密右疏.电阻无限大与电流表、电压表的零刻度线重合;电阻零刻度线与电压表、电流表最大刻度线重合.

（3）欧姆表读出的示数要乘以该挡的倍率，每次换挡后必须进行欧姆调零：指针要指在表盘刻度1/3到2/3的中央刻度线附近.

（4）多用电表内部有电源，若与电压表串联形成闭合回路，则E=U+ U/Rvr;若与电流表串联形成回路，则E=I（RA+r）.根据外接电表的读数情况可以求出内部电源的电动势，这会是一种“创新题”的命题方式.

（5）对于用“图像法”来处理数据的问题，都是要先根据闭合电路的欧姆定律（或部分电路欧姆定律）、串并联电路的特点结合待测量进行列式，再观察题目中的纵坐标和横坐标所表示的物理量（表达式），然后对所列式子进行变形，整理出纵坐标的表达式再凑横坐标，得到形如y=kx+b的表达式，最后根据截距和斜率计算出测量结果.

3.以传感器结合“串并联电路的特点”为创新点的电学实验题

例3（2021年10月广东联考题）某金属丝的电阻会随着温度的升高而变大，某同学得到一段金属，其电阻随温度的变化情况如图4（a）所示，该同学将该段金属接人到图4（b）所示的电路中，期中电源的电动势为3V，内阻不计，R为该段金属，R1为电阻箱，电压表可视为理想电压表，将该段金属作为探头，读取电压表的示数，推知探头处的温度，这样就做成了一个简单的“金属温度计”，据此回答以下问题：

（1）根据图4（a）写出该段金属的电阻R与温度t的关系式R= ___.

（2）调节图4（b）中的电阻箱使R1=450Ω，闭合开关S，若探头处的温度改变，电压表的示数随之变小，则探头的温度变 ____（选填“高”或“低”）.

（3）保持电阻箱阻值不变，某时刻电压表的指针位置如图4（c）所示，其读数为____ V，此时探头的温度为 ____℃.

（4）若考虑电压表的内阻对测量的影响，则温度的测量值将____（选填“偏大”“偏小”或“无影响”）.

备考策略将热敏电阻、压敏电阻、光敏电阻、霍尔元件等传感器与“串并联电路的特点”相结合作为创新点是近两年电学实验题的一种命题新趋势，以考查实验探究能力和推理论证能力，体现科学探究的学科素养，突出对创新性的考查要求，结合电路结构和测量电路各电表的读数利用部分电路欧姆定律进行列式是解题关键，将“理想模型”与“实际情况”进行对比分析是突破难点的途径，要牢牢抓住局部电路结构的变化引起整个电路中总电阻变化所带来的实际影响，先分析总电流的变化，再根据串并联电路的特点分析各部分电流、电压的变化情况，对于电表读数的问题，注意最小刻度是“1”的仪器，要再往下估读一位：最小刻度是“2”和“5”的仪器，只需要读到最小刻度这一位即可，不需要再往下估读.

4.以“电路故障”为创新点的电学实验题

例4（河北省2021年高考题）某同学研究小灯泡的伏安特性，实验室提供的器材有：小灯泡（6. 3V，0.15A），直流电源（9V），滑动变阻器，量程合适的电压表和电流表，开关和导线若干.设计的电路如图5（a）所示.

（1）根据图5（a），完成图5（b）中实物连线_____;

（2）按照图5（a）连线后，闭合开关，小灯泡闪亮一下后熄灭，观察发现灯丝被烧断，原因可能是（单项选择，填正确答案标号）;

A.电流表短路

B.滑动变阻器的滑片接触不良

C.滑动变阻器滑片的初始位置在6端

（3）更换小灯泡后，该同学正确完成了实验操作，将实验数据描点做图，得到I-U图像，其中一部分如图6所示，根据图像计算出P点对应状态下小灯泡的电阻为____ΩQ（保留三位有效数字）.

解析（1）先连接电源、开关与滑动变阻器形成第一回路，再连接小灯泡与电流表所在支路，电流表负极与滑动变阻器右端的b位置连接，最后将电压表并联在灯泡两端，如图7所示.

（2）开关闭合，小灯泡闪亮一下后灯丝烧断，说明通过小灯泡的电流过大.电流表内阻非常小，短路几乎不影响通过小灯泡的电流，与灯丝烧断无关，A错误：滑动变阻器滑片接触不良，无电流通过小灯泡，B错误;滑动变阻器的滑片开始时置于6端，此时灯泡直接连在电源的两端，接通电源瞬间，电源电压大于小灯泡额定电压，可能会烧断小灯泡灯丝，C正确.

（3）根据小灯泡的伏安特性曲线可知在Jp点时的电压和电流分别为

备考策略“电路故障”的出现在实验过程中是经常出现的问题，此类问题涉及到对电路结构的分析及串并联电路特点的理解，对考查学生的实验技能和推理能力具有不可替代性，只有经过综合分析、排除故障后才能进行正常的实验.若干路中的电流表没有示数，说明发生断路故障，若此时电压表有示数，则断路点就在电压表两接线柱之间的所测部分：若电流表和电压表均无示数，则可能两表接触不良或干路上断路：若电流表有示数而电压表无示数，则可能是串联电路局部短路，电压表两接線柱之间被短接：并联电路一个支路断路，则干路和另一支路的电流表都有示数.

总之，科学探究已成为实验题重点考查的核心素养，它指的是提出科学问题、形成猜想和假设、设计实验与制定方案、获取和处理信息、基于证据得出结论并做出解释，以及对科学探究过程和结果进行交流、评估、反思的能力.备考复习时必须立足于教材实验，在熟练掌握教材实验基本原理、处理实验数据等基础知识和基本技能的前提下，培养学生的“聚合思维”“发散思维”和“类比思维”能力，每个实验都尽可能要求学生结合所学的理论知识和方法去探寻新的实验途径，关注同一实验目的的不同实验方案、同一仪器的多种用途，提升学生的科学思维能力才是最佳复习策略，