解答高考电学实验题的几个有效途径
叶孙华
摘 要：在高考试卷中，电学实验题几乎年年有。电学实验题对学生的实验探究能力、科学思维、综合分析能力有很好的考查效果。本文从电学实验得分率低的原因分析和电学实验题的有效解决两个方面表达理解和认识，提出解决电学实验题的观点。
关键词：高考；电学实验题；有效解决
众所周知，在高考中，电学实验题几乎年年出现，电学实验题目总是标新立异，对学生能力考查起到很好的效果。但如何有效的应对在考中出现的电学实验问题，成为摆在每位考生面前的难关。面对千变万化的电学实验题目，我们老师也应该理顺思路，帮助学生找到一条有效的解决途径，以不变应万变。
1 高考中电学实验题得分率低的原因分析
从高考试卷得分情况统计数据以及日常教学过程中的各种测试中发现，电学实验题目失误率很高、得分率很低。在学生眼中，电学实验题目不愧为试卷的压轴题之一，甚至部分学生不加复习，选择放弃。那么，造成得分率低的原因是什么呢？
首先，与电学实验题本身难度大有关系。难度大就是体现在思维量大，要考虑的方方面面比较多，一道复杂的电学实验题目的思维量不亚于一道计算题，它包括：器材的选择，方法的选择，误差的减小，数据的处理等等。因此，电学实验题对学生的科学思维、科学探究能力要求是很高的，同时要求学生有较高的分析推理能力、综合运用能力以及数学计算能力[ 1 ]。
其次，与实验素养有关系。实验本身也是一门科学，有它自身的特点，独特的地方，实验要求善于观察、善于操作、要有一些优良的心理品质，比如细心、耐心、严谨、规范等，要尊重事实，尊重实验误差。以上素养都是我们必须在学生身上形成的素质，高中阶段由于条件限制，学生在实验方面并没有得到很好的教育，特别是在一些农村学校。学生在实验室并没有很好的完成任务，操作不规范，实验过程不了解，比如说对电表的使用，不注重电表量程的选择，读数也不进行估读，缺乏对减小实验误差的意识。这些素养、意识、能力的缺乏必将影响到高考中对电学实验题目的正确解答。
另外，应该与题型有关系。实验题基本以填空题的方式出现，填空题要求最终答案，体现不了解题的过程，也就是说，做对百分之九十与完全不会做从得分情况来说是一样的。填空題与选择题又不一样，选择题已经给出答案，只是把正确答案选出来即可，这样选择题实际上难度比填空题小很多。所以，做填空题最怕粗心，比如说有效数字位数搞错。
以上三点，笔者认为是造成电学实验题得分率低的主要原因。因此，找到了原因之后，作为我们教师就应该对症下药，帮助学生找到一条行之有效的解决途径，突破高考中电学实验题的难关。
2 电学实验题的有效解答途径
针对以上原因，我们必须采取相应措施。对于题型方面的原因，应该培养学生细心的品质、较高的计算能力，减少因粗心带来的失误。对于实验素养方面的原因，在日常教学中，应该注重学生实验意识的培养，养成好的实验习惯，老师更要以身作则，做好实验，规范操作，起表率作用。对于实验题自身难方面的原因，我们应该重点去分析、解决、克服，我们应该摸索出它的特点，找到规律，掌握它的“设计规则”，以下从多个方面来加以阐述。
（1）电路的组成部分
一个闭合电路可以划分为以下三部分：电源、控制电路、调节电路。日常教学中，应引导学生从这三个方面去思考。
在高中阶段，分析电源时主要考虑两个方面：电动势、内阻。在半偏法测电阻中，电源应选电动势适当大的，这样才能让半偏法成立的条件落到实处；在测电源电动势和内阻实验中，若电源内阻较大，应采用内接法。
控制电路，也叫调节电路，它的作用有两点：一是保护电路；二是让电路可处于多种状态，电表可测得多组数据，从而达到多次测量减少偶然误差的目的。控制电路一般选用滑动变阻器来实现，常见的有两种接法：限流式接法和分压式接法。首先应该让学生认识和理解两种电路结构、调节功能、优缺点，然后合理选用。把握以下关键点：①分压电路更有“安全感”，（因为电压可以从零开始连续调节）；②比较待测电阻的阻值与滑动变阻器的总阻值。
测量电路，是整个电路设计中最核心的部分，也是最难的一块，方法多种多样，不拘一格。首先应该掌握一些常用的模型或者说是套路，例如：伏安法测电阻（有内、外接之别）、半偏法、替代法等等，方法太多，所以无法一一让学生去识记，应该通过这些有限的模型或套路，让学生真正领悟电学实验的思想要领。有篇文章就专门介绍高考中常用的电阻测量方法，一说就说了七种方法，可谓多矣！包括：伏安法、伏伏法、安安法、伏阻法、安阻法、替代法、半偏法 [ 2 ]。学生不搞晕了才怪，应该总结出一点规律来，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的內阻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电压表、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.
摘 要：在高考试卷中，电学实验题几乎年年有。电学实验题对学生的实验探究能力、科学思维、综合分析能力有很好的考查效果。本文从电学实验得分率低的原因分析和电学实验题的有效解决两个方面表达理解和认识，提出解决电学实验题的观点。
关键词：高考；电学实验题；有效解决
众所周知，在高考中，电学实验题几乎年年出现，电学实验题目总是标新立异，对学生能力考查起到很好的效果。但如何有效的应对在考中出现的电学实验问题，成为摆在每位考生面前的难关。面对千变万化的电学实验题目，我们老师也应该理顺思路，帮助学生找到一条有效的解决途径，以不变应万变。
1 高考中电学实验题得分率低的原因分析
从高考试卷得分情况统计数据以及日常教学过程中的各种测试中发现，电学实验题目失误率很高、得分率很低。在学生眼中，电学实验题目不愧为试卷的压轴题之一，甚至部分学生不加复习，选择放弃。那么，造成得分率低的原因是什么呢？
首先，与电学实验题本身难度大有关系。难度大就是体现在思维量大，要考虑的方方面面比较多，一道复杂的电学实验题目的思维量不亚于一道计算题，它包括：器材的选择，方法的选择，误差的减小，数据的处理等等。因此，电学实验题对学生的科学思维、科学探究能力要求是很高的，同时要求学生有较高的分析推理能力、综合运用能力以及数学计算能力[ 1 ]。
其次，与实验素养有关系。实验本身也是一门科学，有它自身的特点，独特的地方，实验要求善于观察、善于操作、要有一些优良的心理品质，比如细心、耐心、严谨、规范等，要尊重事实，尊重实验误差。以上素养都是我们必须在学生身上形成的素质，高中阶段由于条件限制，学生在实验方面并没有得到很好的教育，特别是在一些农村学校。学生在实验室并没有很好的完成任务，操作不规范，实验过程不了解，比如说对电表的使用，不注重电表量程的选择，读数也不进行估读，缺乏对减小实验误差的意识。这些素养、意识、能力的缺乏必将影响到高考中对电学实验题目的正确解答。
另外，应该与题型有关系。实验题基本以填空题的方式出现，填空题要求最终答案，体现不了解题的过程，也就是说，做对百分之九十与完全不会做从得分情况来说是一样的。填空題与选择题又不一样，选择题已经给出答案，只是把正确答案选出来即可，这样选择题实际上难度比填空题小很多。所以，做填空题最怕粗心，比如说有效数字位数搞错。
以上三点，笔者认为是造成电学实验题得分率低的主要原因。因此，找到了原因之后，作为我们教师就应该对症下药，帮助学生找到一条行之有效的解决途径，突破高考中电学实验题的难关。
2 电学实验题的有效解答途径
针对以上原因，我们必须采取相应措施。对于题型方面的原因，应该培养学生细心的品质、较高的计算能力，减少因粗心带来的失误。对于实验素养方面的原因，在日常教学中，应该注重学生实验意识的培养，养成好的实验习惯，老师更要以身作则，做好实验，规范操作，起表率作用。对于实验题自身难方面的原因，我们应该重点去分析、解决、克服，我们应该摸索出它的特点，找到规律，掌握它的“设计规则”，以下从多个方面来加以阐述。
（1）电路的组成部分
一个闭合电路可以划分为以下三部分：电源、控制电路、调节电路。日常教学中，应引导学生从这三个方面去思考。
在高中阶段，分析电源时主要考虑两个方面：电动势、内阻。在半偏法测电阻中，电源应选电动势适当大的，这样才能让半偏法成立的条件落到实处；在测电源电动势和内阻实验中，若电源内阻较大，应采用内接法。
控制电路，也叫调节电路，它的作用有两点：一是保护电路；二是让电路可处于多种状态，电表可测得多组数据，从而达到多次测量减少偶然误差的目的。控制电路一般选用滑动变阻器来实现，常见的有两种接法：限流式接法和分压式接法。首先应该让学生认识和理解两种电路结构、调节功能、优缺点，然后合理选用。把握以下关键点：①分压电路更有“安全感”，（因为电压可以从零开始连续调节）；②比较待测电阻的阻值与滑动变阻器的总阻值。
测量电路，是整个电路设计中最核心的部分，也是最难的一块，方法多种多样，不拘一格。首先应该掌握一些常用的模型或者说是套路，例如：伏安法测电阻（有内、外接之别）、半偏法、替代法等等，方法太多，所以无法一一让学生去识记，应该通过这些有限的模型或套路，让学生真正领悟电学实验的思想要领。有篇文章就专门介绍高考中常用的电阻测量方法，一说就说了七种方法，可谓多矣！包括：伏安法、伏伏法、安安法、伏阻法、安阻法、替代法、半偏法 [ 2 ]。学生不搞晕了才怪，应该总结出一点规律来，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的內阻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电压表、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.
