解答高考电学实验题的几个有效途径

总结出一点规律来，把握共性。

（2）电路所遵循的物理规律

高中阶段电路所遵循的物理规律是比较简洁的，包括：两个欧姆定律，以及串联、并联电路的规律。解决物理中的一切问题，当然需要用到物理规律，电路设计问题也不例外，首先必须把电学规律搞清楚。

电学实验原理，就是用到了以上说的某条规律，结合具体情况把方程列出来。下面举几个例子加以说明：测量电源的电动势和内阻，不管用什么方法，都要用到闭合回路的欧姆定律；伏安法测电阻的依据就是欧姆定律，在误差分析时，用的就是串、并联电路的规律；半偏法测电阻，用的也是串、并联电路的规律，用到了以下思想：串联电路的总电阻取决于大电阻，并联电路的总电阻取决小电阻，这才是根本，至于半偏不半偏并不重要。

简言之，利用物理规律把原理式列出来。

（3）换个视角认识电表

高中阶段用到的电表主要包括：安培表、伏特表、欧姆表。欧姆表比较特殊，内部含有电源，依据是闭合回路欧姆定律，粗测电阻时用到它；对于安培表和伏特表，我们可以换个视角来认识它们。

首先，它们也是一个电阻，理想安培表的内阻为零，理想伏特表的内阻为无穷大，作为实验，我们应该尊重误差，所以一般不能把它们当作理想化来处理；其次，它们是一个具备“功能”的电阻，安培表的“功能”是能测流过自身的电流，伏特表的“功能”是能测加在自身两端的电压。从这个角度上去看，如何接电表，应根据我们的需要、目的而定，如果要测量待测电阻的电流，就把安培表与之串联，因为串联电路电流处处相等；如果要测量待测电阻的电压，就把伏特表与之并联，因为并联电路两端电压相等。可见，电表怎么接都有可能，因为它们本身也是电阻，只要你的接法能达到安全、准确的目的。换个角度认识电表，会觉得一切更加自然了，思路也打开了。

（4）电学实验的“设计规则”

在电学问题中，设计电路是最难的题型之一。有的学生在设计电路时，根本搞不懂自己要做什么，胡乱设计，结果自然是答非所问。通过以上阐述，我们应该具备了解决电学实验问题的理论依据、方法论等方面的准备条件。接下来，就是要谈怎么样用好这些理论、方法了，要达到什么样的一个目的。对于一个合理的电路设计，必须做到：安全、可测、精确、方便。这里，关键要做到的就是精确，这就要求在测量中电表要尽量偏转得大些，以减小相对误差，多数题目有指出至少半偏以上。所以，我们设计的电路要达到的效果是：让电表尽量偏转得大一些；如果有多个电表同时接入电路，要求每个电表都要尽量同步偏转得大一些。这就是我们的“设计规则”。特别是，多个表同时接入电路，不能出现一个表接近满偏，另一个表偏得很少的情况；也不能出现一个表偏多，另一个表又超过量程的情况。

这个“设计规则”很重要，在教学中，必须强调，否则学生会搞不懂电路设计是做什么。“设计规则”就是告诉你电路设计这个设计必须怎么做。

（5）几点注意事项

细节决定成败，在电路设计的试题中，应该认真审题，看清所给器材的相关参数。除了看清电表的量程之外，还要看电表的内阻是“为几欧”，还是“约为几欧”，前者是精确值，可以用于计算的，而后者只是参考数值，只用于估算。一字之差，但是很关键，也许是解题的突破口。

选择器材时，一定要先进行估算，选择合适量程的电表、选择合适的滑动变阻器、选择合适的定值电阻等等。未经计算的选择是毫无意义的，比如说选电流表，你必须计算得出通过待测电阻的最大电流值，做到在电表安全的前提下尽量让电流表指针偏多些，遵照我们所谓的“设计规则”。简言之，让计算伴随着器材的选择和电路的设计。

【例题1】：用以下器材测量待测电阻Rx（约为100 Ω）的阻值：

电源E：电动势约为6.0V、内阻忽略不计；

电流表1：量程50mA、内阻r1=20Ω；电流表2：量程300 mA、内阻r2约为4Ω；

定值电阻R0：阻值为20Ω； 滑动变阻器R：最大阻值为10Ω；

单刀单掷开关S、导线若干。要求设计出测量电阻Rx的电路图。

分析：一考虑电源，就选电源E；二考虑控制电路，因滑动变阻器R的最大阻值为10Ω，远小于待测电阻Rx（约为100Ω）的阻值，故选用分压式接法；三考虑测量电路，这是最难的环节，常规是用伏安法，但是本题没有伏特表，应该考虑其它的做法，至于怎么接，关键要做到符合我们的“设计规则”。

可能作为测量电路中的元件有：待测电阻Rx、电流表1、电流表2、定值电阻R0，把这四个元件放在一起认真考虑就可以了，不难得出答案。再从两电流表的量程看，它们不能直接串联，应把量程大的电流表2应放于干路；另外，也注意到了电流表1的内阻r1=20Ω，这个数值是可以用的。通过以上分析再加上一些计算离正确答案应该就不远了。正确答案如图1所示。现在我们检验一下所设计出的测量电路是否符合我们的“测试规则”，就是两电表偏转情况要同步，做到同步偏得大些。可以令电流表2处于满偏状态，估算出电流表1的示数约为43 mA，也接近满偏，故符合。实际上，电流表2与定值电阻配合起到了伏特表的作用。

在画电路图时，应提醒学生把电学元件的代码标到图中。若某次测量中电流表A1的示数为I1，电流表A2的示数为I2，则由已知量和测得量表示Rx的表达式为

Rx =-r1。

【例题2】测量一只量程已知的电压表内阻，器材如下：

待测电压表（量程3 V，内阻约3 KΩ）； 电流表（量程0.6 A，内阻0.01 Ω）；

定值电阻R0（阻值2 KΩ，额定电流0.5 A）；电源E（电动势约3 V，内阻不计）；

开关两只，S1、S2，导线若干。

（1）某同学设计了如图2（甲）所示的测量电路，在实验操作时，发现不可行。你认为主要问题是什么？（答案：不可行理由：电流表量程太大，而电路中电流太小，电流表没有明显读数）。换言之，就是不符合我们的“设计规则”。

（2）请从上述所给器材中选用所需器材，帮助该同学设计一个能尽量减小实验误差的测量电路，画出原理图，要求标明给定器材的符号。用需要测量的物理量和电路中器材已给的物理量，写出电压表内阻的计算式。

分析：电阻测量没有定法，应根据所给器材来设计。本题所供器材中没有滑动变阻器，那就省去了控制电路；接着考虑测量电路，电流表立马把它去除，因为它的量程与电压表“不匹配”，无法符合我们的“设计规则”，在其余元件中就只有待测電压表、定值电阻R、开关两只，其中一个开关肯定放干路，控制整个电路，这样就只剩三个元件来构成测量电路了，应该不难达到答案。注意本题细节：电源内阻不计，两个开关。正确答案如图2（乙）所示。检验一下：开关S2闭合前后，伏特表都在半偏以上，故可行。

设S2闭合时电压表示数分别为U1，因为电源内阻不计，故有E=U1，当S2断开时电压表示数为U2，则有E=U2+U2R0/Rv，最终可得伏特表内阻的计算式：Rv =R0。

电路设计题目虽然内容丰富多彩，形式千变万化，但是我们的应对策略是不变的，可以用本文论述的解答途径去攻克所有的电学实验试题难关。

参考文献：

[1]耿玉盛.高三物理电学实验复习针对性的思考[J].物理教师，2018（5）：84-90.

[2]李启洪.高考中“测量电阻的常用方法”汇总[J].物理教学，2011（2）：56-60.

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