淺析中考物理電學(xué)實驗中的“多次測量”

穆 春

（宿遷市泗洪縣洪翔中學(xué)，江蘇 宿遷 223900）

淺析中考物理電學(xué)實驗中的“多次測量”

穆 春

（宿遷市泗洪縣洪翔中學(xué)，江蘇 宿遷 223900）

學(xué)習(xí)物理的最基本方法是觀察和實驗，在物理實驗中要特別注意對過程和研究方法的掌握。物理學(xué)中常見的研究方法很多，其中多次測量的方法是一種基本的物理研究方法。但根據(jù)實驗的要求，多次測量的目的和方法又有所不同，使學(xué)生混淆不清，特別是在中考實驗中最容易出錯，現(xiàn)將電學(xué)中多次測量的有關(guān)實驗分析、歸類如下：

一、多次測量取平均值，減小誤差

在實驗中，一次測量的數(shù)據(jù)誤差較大，為了達到測量的準(zhǔn)確程度，就要采取多次測量取平均值的方法來減小誤差。同時誤差是不可避免的，只能盡量減小。在中考電學(xué)中涉及到的實驗主要是：測量定值電阻的阻值。

[例1]（2010年鎮(zhèn)江）小名在做“伏安法測電阻”的實驗時.

（1）按所示電路圖，用筆畫線代替導(dǎo)線將實物連接起來，電壓表選用0～3V量程．

（2）閉合開關(guān)后，發(fā)現(xiàn)電流表示數(shù)為零，電壓表有明顯偏轉(zhuǎn)，則電路中發(fā)生斷路的器件是_______.

（3）改正電路正確無誤后開始實驗.前兩次的實驗數(shù)據(jù)已填在下面的表格內(nèi)，第三次實驗時電流表的示數(shù)如右圖所示，請將下面表格中的空白處填寫完整.（計算結(jié)果保留一位小數(shù)）

實驗次數(shù)電流/A電壓/V電阻/Ω 1 0.30 2.5 8.3 2 0.26 2.1 8.1 3 1.6測量結(jié)果R＝____Ω

（4）小名想測額定電壓為“3.8V”的小燈泡正常發(fā)光時的電阻值（約10Ω）．他的實驗步驟是：斷開開關(guān)，拆下定值電阻，將標(biāo)有“3.8V”的小燈泡接入原電路定值電阻的位置，并將變阻器阻值調(diào)至最大；調(diào)整________；閉合開關(guān)，再移動滑片至小燈泡正常發(fā)光時，讀出電流表的示數(shù)，算出小燈泡電阻。

分析（1）連接電路時，開關(guān)應(yīng)斷開，滑動變阻器采用“一上一下”的接法，滑片滑到最大阻值位置。電壓表并聯(lián)在被測電阻兩端。（2）電流表示數(shù)為零，電壓表有明顯偏轉(zhuǎn)，是因為定值電阻R發(fā)生斷路，把電壓表串聯(lián)到電路中去了。

（3）電路中電流表的量程選擇的是0～0.6A，電流表指針指在0.2A上，R=U/I=1.6V/0.2A=8.0Ω；為了減小誤差，采用多次測量取平均值，測量結(jié)果R=（8.3Ω+8.1Ω+8.0Ω）/3=8.1Ω。（4）電壓表的量程原來是0～3V，當(dāng)小燈泡的額定電壓為3.8V時，超過了電壓表的原有量程，會燒壞電壓表，所以電壓表應(yīng)換較大量程。

答案：（1）如右圖

（2）定值電阻R

（3）0.20 8.0 8.1

（4）電壓表的量程

[例2]（2010年黃岡）如下圖是小偉研究“2.5V1W”的小燈泡燈絲電阻的實物連線圖：

（1）在連線圖中有一處錯誤，只需改動一根導(dǎo)線，就可以使電路正確連接，請你在需要改動的導(dǎo)線上打“×”，并用筆畫線代替導(dǎo)線畫出正確的接法.

（2）在正確連接好電路后，某次測量中電流表示數(shù)為0.30 A，為測得額定電壓下的燈絲電阻，滑動變阻器滑片P應(yīng)向________端移動（填“左”或“右”）.

（3）小偉測得了燈絲在三種不同電壓下的阻值，然后求出它們的平均值當(dāng)作燈絲的電阻，你認(rèn)為這種做法對嗎？并說明理由。

答：____________________________

分析（1）電壓表應(yīng)與小燈泡并聯(lián)。（2）小燈泡的額定電流I額=P額/U額=1W/2.5V=0.4A，0.3A＜0.4A，為使小燈泡正常發(fā)光，應(yīng)使電路中的電流增大，電阻減小，即滑片P應(yīng)向右移動。（3）由于燈絲的電阻與溫度有關(guān)，不同狀態(tài)下燈絲溫度不同，電阻不同，所以本題跟案例1不同，不可以將它們的平均值當(dāng)作燈絲的電阻。

答案（1）如右圖所示；

（2）右；

（3）不對，測量中不同狀態(tài)下燈絲電阻是不同的。

二、多次測量尋找普遍規(guī)律，避免偶然性

分析實驗數(shù)據(jù)，尋找普遍規(guī)律是研究物理問題的常用方法，若通過一兩次實驗數(shù)據(jù)得到的結(jié)論往往不夠準(zhǔn)確、全面，具有偶然性，因此這類實驗需要進行多次測量得出結(jié)論。在中考電學(xué)中涉及到的實驗主要有：①探究串聯(lián)、并聯(lián)電路中的電流、電壓特點。②探究電流與電壓、電阻之間的關(guān)系。③探究串聯(lián)電阻的總電阻與各串聯(lián)電阻之間關(guān)系。

[例3]（2009年麗水）某同學(xué)進行了如下實驗：根據(jù)下圖連接好實物，用電流表分別測出I、I1、I2的電流，改變電源電壓，重復(fù)實驗，記錄數(shù)據(jù)如下表。

（1）該實驗探究的問題是________；

（2）該同學(xué)根據(jù)實驗得出結(jié)論：并聯(lián)電路中干路電流為支路電流的2倍。該實驗有不完善之處，請你提出改進的建議：_________________。

分析（1）本題是考查探究并聯(lián)電路的電流特點，用電流表分別測出兩條支路和干路的電流，然后進行數(shù)據(jù)分析、比較得出結(jié)論。可用一只電流表，也可用三只電流表同時測量。（2）本題雖然進行了多次測量，但用的是兩只相同規(guī)格的小燈泡，結(jié)論具有偶然性，所以應(yīng)選用不同規(guī)格的燈泡或選用不同阻值的燈泡來實驗。

答案（1）并聯(lián)電路的電流特點（2）選用不同規(guī)格的燈泡或選用不同阻值的燈泡

[例4]（2010年上海）小華和小海同學(xué)為了探究導(dǎo)體中電流與電壓的關(guān)系，他們用A、B兩個導(dǎo)體進行實驗，實驗中多次改變導(dǎo)體兩端的電壓大小，并將測量的數(shù)據(jù)記錄在表一、表二中。

表一

表二

（1） 分析比較實驗序號 1、2、3 或 4、5、6 中的電流與電壓變化的倍數(shù)關(guān)系，可得出的初步結(jié)論是：對同一導(dǎo)體，_________________.

（2）分析比較實驗序號3、5的數(shù)據(jù)，他們提出了猜想：在電壓相同的情況下，通過不同導(dǎo)體的電流不相同.

①為驗證上述猜想，在已有表一、表二實驗數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，小華重新預(yù)設(shè)了B導(dǎo)體兩端的電壓，并測出相應(yīng)的電流值。小海分析了小華的測量數(shù)據(jù)后，認(rèn)為小華的測量數(shù)據(jù)有問題，他未測量便修改了數(shù)據(jù)，如表三所示。你認(rèn)為小海修改數(shù)據(jù)_________________，理由是_________________。

②為了達到驗證上述猜想的目的，請結(jié)合表一、表二的實驗數(shù)據(jù)，分析表三設(shè)計的不足之處：_________。

?

分析 探究電流與電壓、電阻之間的關(guān)系，一般用控制變量法分兩步實驗：第一，控制電阻不變，改變電阻兩端的電壓，探究導(dǎo)體的電流與導(dǎo)體兩端電壓的關(guān)系；第二，控制電壓不變，改變導(dǎo)體的電阻，探究導(dǎo)體的電流與電阻的關(guān)系。

（1）對同一導(dǎo)體而言，電阻不變，分析實驗序號1、2、3或4、5、6中的電流與電壓變化的倍數(shù)關(guān)系，得出通過導(dǎo)體的電流與導(dǎo)體兩端的電壓成正比。（2）不同的導(dǎo)體電阻一般不同，實驗數(shù)據(jù)應(yīng)以實驗測量為準(zhǔn)，不能擅自更改，擅自更改便失去測量的意義，反而更加不真實。要探究導(dǎo)體的電流與電阻的關(guān)系，就必須保持電阻兩端的電壓相同。

答案（1）通過導(dǎo)體的電流與導(dǎo)體兩端的電壓成正比

（2）不正確 數(shù)據(jù)應(yīng)以實驗測量為準(zhǔn)，實驗的誤差不可避免。在選用導(dǎo)體B的情況下，與表一中的不同導(dǎo)體對比，電壓需要相同，應(yīng)設(shè)1.2V、2.4V、3.6V。表三沒有相同電壓.

[例5]（2009年達州）在學(xué)習(xí)“串聯(lián)電阻的總電阻與各串聯(lián)電阻之間關(guān)系”的時候，小強和小剛利用滑動變阻器（銘牌上標(biāo)有20Ω 1A）、兩個定值電阻（5Ω 10Ω）、電壓表、電源等器材對此進行了探究。他們設(shè)計了如下圖甲所示的電路圖。

（1）根據(jù)電路圖，請你在上圖乙中用筆畫線代替導(dǎo)線，將沒有連接完的實物電路連接好（導(dǎo)線不允許交叉且電流表的量程選取適當(dāng)）。

（2）請你根據(jù)電路圖分析：在閉合開關(guān)前，滑動變阻器的滑片應(yīng)移到 ________（填“A”或“B”）端。

（3）上表是小強和小剛在這次實驗中所記錄的數(shù)據(jù)。請你根據(jù)他們?nèi)螠y量的數(shù)據(jù)進行分析，可以得出的結(jié)論是：______________。

（4）若閉合開關(guān)后發(fā)現(xiàn)電流表有示數(shù)，而電壓表無示數(shù)，則出現(xiàn)該現(xiàn)象的原因可能是下面哪一種情況？_______（只填字母序號即可）。

A.滑動變阻器某處斷路

B.只有R1被短路

C.只有 R2被短路

D.電壓表的某一個接線柱接觸不良

（5）在這次實驗中，滑動變阻器的作用是：_____________________________。

分析 探究串聯(lián)電阻的總電阻與各串聯(lián)電阻之間關(guān)系，有兩種方法，一種是利用串聯(lián)電路的電流、電壓特點及歐姆定律公式進行理論推導(dǎo)；另一種就是本題的實驗驗證。（1）電流表應(yīng)串聯(lián)在電路中，因為I=U/R=3V/（5Ω+10）Ω=0.2A，所以電流表選擇 0～0.6A的量程。（2）為了保護電路，滑動變阻器的滑片應(yīng)移到最大阻值位置，即A端。（3）通過三次實驗的數(shù)據(jù)分析，電壓與對應(yīng)的電流之比都是15Ω，就是說串聯(lián)電阻的總電阻為15Ω，它等于5Ω和10Ω之和。（4）屬于電路故障分析，出現(xiàn)電流表有示數(shù)，而電壓表無示數(shù)，說明電壓表沒有接好，處于某部分?jǐn)嗦?。?）在初中物理中，滑動變阻器的作用有兩個：一是保護電路；二是改變電路中的電流與電壓。本題屬于后者。

答案（1）略 （2）A （3）在串聯(lián)電路中，總電阻等于各串聯(lián)電阻之和。（4）D （5）改變電路中的電流與電壓（填改變電路中的電流或填改變電壓均可）

三、多次測量進行比較物體在不同條件下的物理規(guī)律

物體在不同條件下可以表現(xiàn)出不同的物理規(guī)律，因此這類實驗需要在不同的條件下對同一物理量進行測量，找出對應(yīng)的關(guān)系。在中考電學(xué)中涉及到的實驗主要是測量小燈泡的功率。

[例6]（2008年揚州）在測量“小燈泡的功率”中，所用小燈泡的額定電壓是3.8V。

（1）如右圖是小崗?fù)瑢W(xué)沒有連接完的實物電路，請你用筆畫線代替導(dǎo)線幫他將電路連接完整；

（2）閉合開關(guān)小崗發(fā)現(xiàn)燈泡發(fā)光很亮，其操作存在的問題是__________________；

（3）糾正上述操作后，小崗測出三組數(shù)據(jù)，記錄在下表中，第二次功率數(shù)據(jù)忘記處理了，請你幫他把數(shù)值填入表中的空格內(nèi)；

次數(shù) 電壓U/V 電流I/A 電功率P/W 燈泡的亮度1 3.0 0.28 0.84 偏暗2 3.8 0.30 正常3 4.2 0.32 1.34 偏亮

（4）該實驗測出三組數(shù)據(jù)的目的是____________；

（5）小崗根據(jù)測出的三組數(shù)據(jù)求出各次電阻，發(fā)現(xiàn)燈泡在不同電壓下的電阻值不同，這是因為燈泡的電阻值與____________的變化有關(guān)。

分析（1）測量小燈泡的功率時要將電流表與小燈泡和滑動變阻器串聯(lián)。（2）發(fā)現(xiàn)燈泡發(fā)光很亮，說明電路中的電流大，滑動變阻器的滑片沒有移到最大阻值位置。（3）功率P=UI=3.8V×0.30A=1.14W。（4）本題實驗采用多次測量是為了比較小燈泡在不同電壓下工作時的實際功率，不能求功率的平均值。（5）對于燈絲來講，它的電阻受溫度影響，實際功率越大，燈泡越亮，溫度就越高，燈絲的電阻也就越大。

答案（1）如右圖所示

（2）滑動變阻器的滑片沒有移到最大阻值位置。

（3）1.14W

（4）為了比較小燈泡在不同電壓下工作時的實際功率。

（5）溫度

四、多次測量探究影響某一物理量大小的因素

影響某一物理量大小的因素通常有多個，但每個因素對這一物理量有無影響，需要通過實驗進行逐一測量驗證。這類實驗在中考體現(xiàn)較多，通常先就某一物理現(xiàn)象提出問題，然后作出合理的猜想和假設(shè)，用控制變量法進行實驗設(shè)計、驗證，最后得出結(jié)論。在中考電學(xué)中涉及到的實驗主要是：探究影響導(dǎo)體電阻大小的因素。

[例7]（2009年成都）在“探究導(dǎo)體的電阻跟哪些因素有關(guān)”的實驗中。

（1）小明的猜想是：①電阻可能與導(dǎo)體的材料有關(guān)；

小亮的猜想是：②電阻可能與導(dǎo)體的溫度有關(guān)；

小敏的猜想是：③電阻可能與導(dǎo)體的長度有關(guān)；

根據(jù)你掌握的電學(xué)知識，你認(rèn)為：④電阻還與____有關(guān)。

（2）如上圖是三位同學(xué)為上述探究活動準(zhǔn)備的實驗器材，他們已經(jīng)完成了部分實物的連接。

若電阻受溫度的影響可以忽略，要探究猜想①，應(yīng)該控制______不變；要探究猜想③，應(yīng)該選用導(dǎo)線____和導(dǎo)線____（填導(dǎo)線的代號字母）進行對比實驗。

分析 本題考查實驗探究導(dǎo)體電阻與哪些因素有關(guān)，重要考查猜想能力和控制變量法，根據(jù)所學(xué)的電學(xué)知識，電阻與導(dǎo)體的材料、長度、橫截面積和溫度有關(guān)；①，應(yīng)該控制導(dǎo)體的長度、橫截面積、或?qū)w的長度、橫截面積、溫度不變；③，應(yīng)選用材料、橫截面積相同的導(dǎo)線進行對比實驗。

答案（1）導(dǎo)體的橫截面積

（2）導(dǎo)體的長度、橫截面積、或?qū)w的長度、橫截面積、溫度 ac

綜上所述，在物理學(xué)習(xí)中，關(guān)于“多次測量”的現(xiàn)象是非常多的，中考題中更為常見，所以要求我們在平時一定要多做實驗，指導(dǎo)好學(xué)生，理解“多次測量”在不同實驗下的目的和要求，學(xué)會歸類總結(jié)，只有這樣，在應(yīng)用中才會得心應(yīng)手而不會出錯。

（責(zé)任編輯：張華偉）