电学实验专题突破

物理是一门实验学科，高考实验题承载着考查学生的实验思想、实验方法、实验素养及实验操作能力等，由于电学实验题能够很好的考查考生的实验素养，因此一直是高考考查的热点.电学实验题可分为伏安法测电阻、测电池的电动势和内阻、多用电表的使用有三种类型.对于电学实验，应注意以下几点：

1. 电流表的内接与外接.由于电流表、电压表内阻的影响，不管采用电流表内接还是外接，都将引起实验误差.内接的实验误差是由于电流表的分压作用而产生的，由串联电路中电压与电阻成正比可知，当RARx时，电压表的分流作用可以忽略不计，此时测量值很接近真实值，可见测量小电阻时宜采用电流表外接法.

2. 滑动变阻器的连接方式.在用滑动变阻器作为控制电路时，限流电路一般选用最大阻值和待测电阻阻值相差不多或大几倍（在2-5倍最好）的滑动变阻器，这样既便于调节，又使得待测电阻两端电压的变化范围比较大，过小不能有效的控制电流，过大则会造成电流值跳跃太大；分压电路一般选用最大阻值小于待测电阻阻值（在0.1-0.5倍之间为好）的滑动变阻器，阻值小些便于操作.限流电路和分压电路的选择可参考以下几点：（1）待测电阻两端电压要求变化范围较大，或要求从零连续可调时，应选择分压电路；（2）如果采用限流电路，电路中的最小电流大于电流表量程或待测电阻的额定电流时，则应选择分压电路；（3）如果滑动变阻器的最大阻值比待测电阻小的多，为了能使待测电阻两端电压有较大变化，则应选择分压电路；（4）如果滑动变阻器的阻值与待测电阻的阻值相差不多，两种电路都可以对待测电阻的电压和电流进行有效、方便的控制，则可以任选其中一种控制电路，此时应优先选用限流电路，因为限流式接法总功率较小.

3. 电表量程选择.电表量程选择应同时兼顾安全性和准确性原则.通过电源、电表、滑动变阻器、用电器的电流不能超过其允许的最大电流；在保证电表安全的前提下，尽量选择小量程，因为指针偏转角度越大，测量误差越小，一般要使指针偏转在满偏角度的1/3以上.

4. 实物连线.依据电路原理图进行实物连线时，应注意以下几点：（1）连接电表应注意量程选择正确，正负接线柱不要接错；（2）各导线都应接在接线柱上，不应在导线中间出现交叉；（3）对于滑动变阻器的连接，要搞清楚接入电路的是哪一部分，在接线时要特别注意不能将线接到滑动触头上；（4）用铅笔画线，以便改错.连线方式一般先从电源正极开始，到开关，再到滑动变阻器等，安顺序将干路中要串联的元件依次串联起来，然后将要并联的元件再并联到电路中去.

一、练习使用多用电表

高中阶段主要考查多用电表测电阻，其原理是闭合电路的欧姆定律，由于刻度不均匀，测电阻时不估读，指针在中央附近时误差较小.

【例1】 某同学测量一只未知阻值的电阻.他先用多用电表进行测量，按照正确的步骤操作后，测量的结果如图①所示.请你读出其阻值大小为_______Ω.为了使测量的结果更准确，该同学应将选择开关打到__________（填“×100”或“×1”）挡，进行________档调零后重新测量.

解析：多用电表所测电阻值为示数乘以倍率，即100Ω×10=1000Ω；由于指针偏转角度很小，应当换大倍率的档位，即将选择开关打到×100挡；用多用电表测电阻前应进行欧姆档调零，换档必须重新进行欧姆档调零后才能重新测量.

【点评】本题考查了多用电表测电阻操作的两个关键环节，一是读数；二是换档与调零.

二、伏安法测电阻

伏安法测电阻的原理是欧姆定律R=，有很多电学实验题可以转化为伏安法测电阻，如测金属丝的电阻率、描绘电阻的伏安特性曲线、测小灯泡的电功率等.

【例2】某物理兴趣小组要精确测量一只电流表G（量程为1mA、内阻约为100Ω） 的内阻.实验室中可供选择的器材有：

电流表A1：量程为3mA，内阻约为200Ω；

电流表A2：量程为0.6A，内阻约为0.1Ω；

定值电阻R1：阻值为10Ω；

定值电阻R2：阻值为60Ω；

滑动变阻器R3：最大电阻20Ω，额定电流1.5A；

直流电源E：电动势1.5V，内阻0.5Ω；

开关，导线若干.

（1）在方框中画出你设计的实验电路图并注明所选仪器的代号.

（2）接照你设计的电路进行实验，测得电流表A的示数为I1，电流表G的示数为I2，则电流表G的内阻的表达式为rg= .

解析：本题从给出的条件看仍是伏安法测电阻，伏安法电阻分电流表内接和外接两种情况，控制电路滑动变阻器有限流式和分压式两种情况，共有四种组合，如图3所示.

以上四个电路原理图就是我们进行伏安法测电阻设计电路的思维起点，由于测电流表内阻约为100，而滑动变阻器的最大阻值为20，小于待测电阻阻值，控制电路中滑动变压器采用分压式连接，这部分好分析.

待测电流表的电流自身显示，难点是如何测其两端电压，只给出了电流表且内阻准确值不知.电流表和电压表本质是一样，都是由电流表头改装而成，内阻已知的电流表可做电压表用，内阻已知的电压表可做电压表用.这样内阻不确定的电流表只能跟待测电流串联，如图④所示

题中给出的定值电阻，可用定值电阻与测待测电流表并联，测其两端电压，如图⑤所示

由上图可知，通过定值电阻的电流为电流表示数减去待测电流表的示数，这样就可计算出定值电阻两端电压，即待测电流表两端电压.由于待测电流表量程为1mA，因此所选电流表为量程是3mA的A1；根据待测电流表的大约阻值和并联分流可知定值电阻选阻值为60的R2.所设计的测量电流表内阻的电路原理图如图⑥所示.

（2）由电路图可得（I1-I2）R2=I2rg，解得电流表内阻为Rg=R2.

【点评】本题测电流表内阻，比较新颖，但本质仍是伏安法测电阻.电压表和电流表是由电流表头串联分压电阻和并联分流电阻改装而成，本质相同.内阻已知的电流表可作电压表用；内阻已知的电压表可作电流表用.

三、测电源的电动势的内阻

测电源的电动势和内阻的原理是闭合电路的欧姆定律E=U+Ir，在电源的U—I图像中，图线在纵轴上的截距等于电源的电动势，斜率的绝对值在数值上等于电源的内阻.

【例3】（2012届汕头市模拟）某研究性学习小组利用图甲所示电路测量电池组的电动势E和内阻r.根据实验数据绘出如图⑥所示的R-图线，其中R为电阻箱读数，I为电流表读数，由此可以得到：E=______V，r=______Ω.

解析：根据闭合电路欧姆定律，测量电源的电动势和内电阻，需要得到电源的路端电压和通过电源的电流，实验原理图如图8所示.

在本实验中没有电压表，但是可以用电阻箱和电流表串联充当电压表，测量电源的路端电压，通过电流表的电流也是通过电源的电流，所以只需要将电流表和电阻箱串联接在电源两端即可，本实验的原理如题中图6（甲）所示.

由闭合电路欧姆定律有E=I（R+r），解得R=E-r，则R-图像的斜率即为电池组电动势的大小，即E=2.4（或2.5）V，图象纵轴截距的绝对值为电池组的内阻r=1 Ω.

【点评】要明确图线截距和斜率的物理意义，应写出纵轴和横轴所表示物理量的函数表达式.本题由于没有考虑电流表内阻，故所测电池组内阻值比真实值偏大.

近几年高考实验试题的设计本着源于教材而不拘泥于教材的原则，力图通过笔试的形式来考查学生的实验能力，同时也希望通过考查一些简单的设计性实验来鉴别学生独立解决新问题的能力和知识的迁移能力.因此教材中的实验原理和方法是处理实验问题的思维起点，在此基础上进行转化和迁移便可将实验题迎刃而解.因此备考物理实验题，一是要切实做好课本上的学生分组实验，二是要弄懂实验原理、掌握实验方法.

（作者单位：山东省滨州市滨城区第一中学）

责任编校 李平安