高考物理电学设计性实验思维过程

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1、高考物理电学设计性实验思维过程　　解答电学设计性实验是一个复杂的智力活动，它是考生的一种有目的、有计划的科学活动.在解答过程中，考生首先需要对问题的信息有充分的感知，尝试从大脑中选取一个基本的经验性实验方案，这个实验方案是一般来源于课本.同时将这个方案与题目中问题信息相互作用，根据实验设计的安全性、准确性、可操作性等寻找基本方案中存在的问题.然后对存在的问题进行分析，利用题中已有信息，采用一切可能的方法去解决基本方案中的问题，通过严格的推演，得出正确的结论.　　　　例1测量电源B的电动势E及内阻r(E约为4.5V，r约为1.5Ω).　　　　器材：量程3V的理想电压表V，量

2、程0.5A的电流表A(具有一定内阻)，固定电阻R=4Ω，滑线变阻器R′，电键S，导线若干.　　　　①在图1中画出实验电路原理图.图中各元件需用题目中给出的符号或字母标出.　　　　②实验中，当电流表读数为I1时，电压表读数为U1；当电流表读数为I2时，电压表读数为U2.则可以求出E=，r=.(用I1，I2，U1，U2及R表示)5　　　　　　解析这是一个测定电源电动势和内电阻的实验，学生应该从什么地方开始思考呢？从认知角度来看，学生首先从已有的经验出发，画出课本中的测定电源电动势和内电阻实验电路图，如图2所示.　　　　根据所给器材的情况，绝大多数学生可以所给的数据进行简单的分

3、析，看所给器材是否满足安全性、准确性、可操作性.根据全电路欧姆定律，当电流表的读数I小于0.5A，满足安全性，电压表读数(U=E-Ir)将大于3.75V，不能满足安全性.反之亦然.新的实验事实和原有的认知产生了矛盾，如何解决这个矛盾？　　　　学生又必须从已有的知识经验中去搜寻解决的方案.根据全电路欧姆定律，要使图2中电压表的读数减小，就是减小路端电压，可以采用增大内阻的方法，即在电源上串联一个电阻；或者减小外电路电阻的方法，即在外电路并联一个电阻.这个方案需要电阻.学生重新对所给材料进行分析，发现还有一个固定电阻R=4Ω.可以进行尝试画出两个可能电路图，如图3所示.新的电

4、路图可以满足题目的要求吗？还必须根据所给的相关数据进行思考估算分析.　　　　　　对图3甲进行分析，当电流表度数I小于0.55A时，电压表的读数(U=E-Ir)大于1.75V，满足安全性.这样很简单就得到高考的标准答案.根据所给的两组数据计算后可以得到　　　　E=I1U2-I2U1I1-I2,　　R=U2-U1I1-I2-R.　　　　对图3乙进行分析，当电流表读数I小于0.5A，电压表读数U小于3V，设总电路的电流为I1，根据全电路欧姆定律，E=U+I1r，可以得到I1=1A，流过电阻R的电流I2(I2=I1-I)为0.5A，此时需要的最大电阻R1=UI2=6Ω.所给电阻R

5、=4Ω满足题目的要求.根据所给的两组数据计算后可以得到　　　　E=(I1U2-I2U1)RR(I1-I2)+(U1-U2),　　　　r=(U2-U1)RR(I1-I2)+(U1-U2).　　　　同化纳新和顺应创新是人类认知思维的普遍规律.就电学设计性实验的思维活动来说，对于新问题，考生总是以原有的认知为基础去比较、理解、辨析和判断，使新旧知识挂钩，把新知识纳入旧知体系中，从而丰富和发展已有的认知结构，最后达到思维品质的提高.　　　　例2用以下器材测量一待测电阻Rx的阻值(900Ω～1000Ω5)：电源E，具有一定内阻，电动势约为9.0V；电压表V1，量程为1.5V，内阻r

6、1=750Ω；电压表V2，量程为5V，内阻r2=2500Ω；滑线变阻器R，最大阻值约为100Ω；单刀单掷开关S，导线若干.　　(1)测量中要求电压表的读数不小于其量程的1/3，试画出测量电阻Rx的一种实验电路原理图(原理图中的元件要用题图中相应的英文字母标注).　　(2)若电压表V1的读数用U1表示，电压表V2的读数用U2表示，则由已知量和测得量表示Rx的公式为Rx=.　　　　解析学生从已有的经验出发，根据课本知识画出伏安法测量电阻的测量电路，如图4所示，图4中的甲电流表外接，乙是电流表内接.　　　　　　根据所给的实验器材，比较发现，没有电流表.而在学生的认知中，测量电阻

7、都是根据伏安法来处理的.新的情况和自己的认知产生了矛盾，怎么办？　　5　　学生必须继续寻找新的方案，从器材中发现，多了一个电压表，并且这个电压表的量程和内阻都知道，肯定要利用这个电压表.根据高中所学的电表改装知识，不难发现多余这个电压表相当于一个电流表，学生可以尝试画出如图5所示的电路.当然，学生在画图5所示的电路图的过程中，肯定要思考的问题，两个表如何放置，即电压表V1和电压表V2如何放置？根据题目要求“电压表的读数不小于其量程的1/3”，不难得到正确的测量电路.　　　　　　实验电路图完成以后，再来思考控制电路图，就是与滑动