例析初中电学实验错误数据的典型成因

摘 要：实验数据是对实验定量分析的依据，是探索、验证物理规律的第一手资料。初中电学实验数据的分析是实验教学的重要内容之一，对错误数据的甄别与处理能促进学生知识结构的重建与优化，提升学生的科学素养。

关键词：初中；电学实验；错误数据；成因

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2016）4-0009-3

物理学是一门以实验为基础的自然科学。实验为学生提供了符合认知规律的环境，发展思维的基础。实验对于学生的物理学习既是物理方法的学习，也是提高能力的一种手段。因此，中学教育非常重视实验教学与实验考查。在教学实践中发现，实验始终是学生学习的薄弱环节。对初中学生而言，对电学实验数据的处理颇感棘手，尤其是对错误实验数据的成因分析尤为头痛。现对此类问题归类分析，以期对电学实验教学有所帮助。

1 违背物理规律

例1 小米同学在用伏安法测电阻的实验中，选用了如图1所示的实验器材。其中，待测定值电阻R的阻值为10 Ω，滑动变阻器的最大阻值为20 Ω，电源由3节旧干电池串联而成。

（1）请你用笔画线代替导线将电路连接完整，以便继续进行实验。

（2）在连接电路时，开关应处于______状态，在闭合开关前，滑动变阻器的滑片应置于最_____端（选填“左”或“右”）。

（3）连接电路后，闭合开关，发现电压表示数为1.3 V，但无论怎样移动滑片，电流表、电压表的示数都不变。则在连接电路时出现的错误是_______________________________________。

（4）纠正连接错误后，从左向右移动滑片，将所测得的4组数据记录在表1中。明显错误的数据是第____组。若不再补充实验数据，则待测电阻R的测量值为_____Ω（结果保留一位小数）。

参考答案：（1）外接法（初中一般采用外接法，图略）；（2）断开，左；（3）滑动变阻器连接A、B接线柱；（4）三，10.3 Ω。

错解 （4）由R=U/I计算出第一组至第四组的电阻分别为10.0 Ω、11.0 Ω、9.4 Ω、10.0 Ω，因11.0 Ω与题干已知的10 Ω差值最大，故第二组数据明显错误。

正解 从左向右移动滑片时，滑动变阻器接入电路的电阻逐渐减小，定值电阻R分得的电压逐渐增大，R的电流也逐渐增大。因第三组数据违背定值电阻R的伏安特性，故明显错误。

2 不满足调节要求

例2 第（1）至第（3）问同例1。

（4）纠正连接错误后，从左向右移动滑片，将所测得的4组数据记录在表2中。明显错误的数据是第____组。

错解 错误解析同例1，认为第三组数据明显错误。

正解 因滑动变阻器与定值电阻R串联，且第（3）问中“连接电路后，闭合开关，发现电压表示数约为1.3 V，但无论怎样移动滑片，电流表、电压表的示数都不变。”表明即使把滑动变阻器调至最大值，电压表示数的最小值应为1.3 V。说明第一组数据是命题人臆想编创的数据，故第一组数据明显错误。

3 电流表或电压表没有校零

例3 第（1）至第（3）问同例1。

（4）纠正连接错误后，从左向右移动滑片，将所测得的4组数据记录在表3中。每组数据计算得出的待测电阻R的值均大于10 Ω的原因是________。

错解1 由于多数导体的电阻随温度的升高而增大，所以原因是待测电阻R的温度升高。

错解2 计算出的待测电阻R的值均大于10 Ω的原因是存在实验误差。

正解 定值电阻常由温度系数小的材料构成，即电阻值受温度的影响可以忽略。若为实验误差导致的，实验数据一定有时大时小的特点，不会全部偏大。数据错误的成因是电压表有0.2 V或电流表有0.02 A的读数没有校零。

4 看错电表量程

例4 第（1）至第（3）问同例1。

（4）纠正连接错误后，从左向右移动滑片，将所测得的4组数据记录在表4中。第四组数据的电压值明显错误，形成原因是____________。

错解 形成原因是违背部分电路的欧姆定律，即通过定值电阻的电流与它两端的电压成正比。

正解 分析前三组数据发现电压表选择的是0～3 V的量程，且实验过程没有提到更换量程，第四组数据的电压值10.3 V远大于3 V，应该是看错电压表量程所致，即电压值应该为2.6 V。本问要求回答形成原因，而不是结果――违背部分电路的欧姆定律。

5 电压表连接位置错误

例5 第（1）至第（4）同例1。

（5）小米同学将电源换为输出电压恒为4.5 V的学生电源，待测电阻R换为额定电压为2.5 V的小灯泡，利用伏安法来测量灯泡的电阻。实验中测出了4组数据并记录在表5中，他的读数和记录均正确。但仔细分析他的数据发现，该同学在连接实验电路时出了错误，该错误是______。

错解 由R=U/I计算出第一组至第四组的电阻逐渐增大，该错误原因是小灯泡的电阻随温度的升高而增大。

正解 伏安法测量小灯泡的电阻实验中，小灯泡的电阻的确会随温度的升高而增大，但依然不会改变小灯泡的电流随其两端的电压增大而增大的伏安特性。由于读数和记录均正确，表格中的电流随其两端的电压减小而增大体现的是滑动变阻器接入电路的电阻逐渐减小，故错误是电压表并联在滑动变阻器两端。

6 没有控制变量

例6 第（1）至第（4）问同例1。

（5）小米同学将电源换为输出电压恒为4.5 V的学生电源，增加5 Ω、115 Ω、20 Ω的定值电阻来探究电流跟电阻的关系。实验中测出了4组数据并记录在表6中，他的读数和记录均正确。但仔细分析他的数据发现，表中数据与欧姆定律不相符，形成原因是 。（下转第14页）

（上接第10页）

错解 电流表没有校零或其他错误答案。

正解 由U=IR计算出第一组至第四组定值电阻两端的电压分别为2.0 V、3.0 V、3.6 V、4.0 V。探究电流跟电阻的关系时应该采用控制变量法，即控制定值电阻两端的电压不变，所以形成原因是没有控制定值电阻两端的电压恒定。