電學(xué)設(shè)計型實驗題破題技巧

時莉

【摘要】 設(shè)計型實驗作為一種比較靈活的考察學(xué)生能力的方式，在全國各地的高考試題中，都受到命題者的親睞，而由于其靈活性，也讓學(xué)生普遍感到困難，甚至無從下筆。筆者在本文中就電學(xué)設(shè)計型實驗題破題技巧作了一些探討。

【關(guān)鍵詞】 設(shè)計型實驗 破題技巧

【中圖分類號】 G633.7 【文獻標識碼】 A 【文章編號】 1992-7711（2016）03-031-01

實驗原理的考查方式是多種多樣的：有的題目僅給出條件和實驗器材，要求闡述實驗原理；有的給出實驗電路圖，要求領(lǐng)會實驗原理；有的則要求考生根據(jù)操作步驟及測定的物理量判斷出實驗原理。實驗原理的確定，要根據(jù)題目的要求和給出的條件，回顧分組實驗和演示實驗，尋找能夠遷移應(yīng)用的實驗原理；或者回顧物理原理，尋找有關(guān)的物理規(guī)律，設(shè)法創(chuàng)設(shè)相關(guān)的物理情景，建立已知量（根據(jù)已給的基本儀器確定能夠測定的物理量）和要求量（題目的要求）之間的關(guān)系。

而在掌握了這些基礎(chǔ)之后，如何靈活運用，則需要一定的技巧。在考場中如何從條件入手，快速破題，粗略得出實驗原理，對于解答設(shè)計型實驗題，至關(guān)重要。根據(jù)題目類型的不同，以下列舉幾種常用的實驗題破題技巧，希望可以提高學(xué)生的解題效率，建立解設(shè)計型實驗題的信心。

一、喚醒、類比破題

通過回憶把日常識記的知識加以整理，看現(xiàn)在的題干和表述，屬于哪部分知識。包括什么樣的問題常規(guī)用什么方法，或與那種常規(guī)實驗的方法類似，通過對知識的對應(yīng)、排除、篩選、類比，來解題。此法要求首先熟練的掌握所有的常規(guī)實驗方法，如時間的四種求法，摩擦阻力的五種求法，實驗中固定電阻的應(yīng)用，滑動變阻器分壓的四種特性等等。例：利用圖所示電路測量量程為800 mV的電壓表內(nèi)阻RV，RV約為900Ω，某同學(xué)的實驗步驟如下：a.按電路圖正確連接好電路，將變阻器R1的滑片移到最右端，電阻箱的阻值調(diào)到最大；b.合上開關(guān)S1和S2并調(diào)節(jié)R1，使電壓表的指針指到滿刻度；c.合上開關(guān)S1并打開S2，調(diào)整電阻箱R的阻值及變阻器R1的大小，使電壓表的指針指到滿偏的一半；d.讀出電阻箱的阻值R，即為電壓表內(nèi)阻。

在該實驗中，除滑線變阻器R1外，其他器材均符合實驗要求，現(xiàn)有兩個變阻器可供選擇（ ）

A.最大阻值200 Ω，額定電流1 A

B.最大阻值10 Ω，額定電流2 A

根據(jù)以上設(shè)計的實驗方法，回答下列問題。

（1）選用的變阻器為____________.

（2）上述實驗步驟中，有錯誤的步驟___________，改正為________.

（3）該實驗中存在著系統(tǒng)誤差，設(shè)RV的測量值為R測，真實值為R真，則R測____________R真（填“>”“=”或“<”）

解析：通過實驗步驟，與常規(guī)的實驗進行對比，可發(fā)現(xiàn)此實驗的原理與半偏法測電流表內(nèi)阻相似，于是參考半偏法測電流表內(nèi)阻的原理分析。

半偏法測電流表內(nèi)阻的實驗中，關(guān)鍵在于接通開關(guān)前后可認為干路總電流不變，其成立條件是R》Rg，對比此題，發(fā)現(xiàn)其關(guān)鍵在于改變R阻值前后總電壓必須近似不變，其成立條件是RV》R1.到此，此題的關(guān)鍵問題已經(jīng)完全突破，其破題關(guān)鍵在于掌握常規(guī)實驗，與題設(shè)問題進行類比。

二、根據(jù)暗示破題

很多設(shè)計型實驗題中，為了降低難度，命題人往往會給出一些暗示條件，以暗示條件為突破口，認真思考其用意，往往能夠一舉成功。例如，題目若給出定值電阻，則此電阻一般需要用到；題目若不給出具體阻值，而只給一個比較小的模糊值，則很有可能有其用意，等等。

例：用以下儀器，盡可能精確地測量待測電阻Rx的阻值：

A.電動勢約2 V左右、內(nèi)阻r<1Ω的電源一個；

B.內(nèi)阻Rv=30 kΩ，刻度如右圖的電壓表一個；

C.開關(guān)一個；

D.電阻在10 kΩ～20 kΩ范圍內(nèi)的待測電阻Rx一個；

E.導(dǎo)線若干條。

（1）電壓表的滿偏電流Ig=______________。

（2）在下面虛線框內(nèi)畫出必要的測量待測電阻Rx阻值的實驗電路圖。

（3）實驗中要直接測量的物理量有（注明每個物理量的意義和符號）__________。

（4）待測電阻Rx的表達式為：Rx=_________。

解析：初見此題，很多同學(xué)感覺十分迷茫，電表只有一個，實驗原理一無所知，有一種無從下手的感覺。

仔細審題，認真思考為何題中強調(diào)電源內(nèi)阻r<1.一般題中都會告知電源內(nèi)阻約為5左右，但此題為何僅告知r<1？r<1意指電源內(nèi)阻很小，再審題注意到待測電阻為10 kΩ～20 kΩ，遠遠大于電源內(nèi)阻，即電源內(nèi)阻可以忽略不計。于是解決第一個關(guān)鍵問題。

再認真審題，發(fā)現(xiàn)電壓表內(nèi)阻與待測電阻屬于可比較范圍，于是可考慮將電壓表與待測電阻串聯(lián)。大致構(gòu)成圖示電路。

但在電源電動勢未知的情況下，也不可能根據(jù)伏特表讀數(shù)求得待測電阻值。于是再進一步思考可否用伏特表直接測量電源電動勢，從題述條件可知，伏特表量程大于電源電動勢，且電源內(nèi)阻忽略不計，故可直接用伏特表測量電源電動勢。于是確定實驗原理圖如下：

從此題可看出，對于題目的一些細節(jié)尤其是平時沒有見過的條件，多加思考，揣摩命題人提供的暗示，對于解設(shè)計型實驗題，是至關(guān)重要的。因此我們在解實驗題時一定要注意題目中的暗示條件，如電源內(nèi)阻可忽略、電壓表量程大于電源電動勢、多個開關(guān)、定值電阻等等。