陕西省宝鸡市陈仓区教育局教研室 邢彦君
高考试题中的探究实验，一般是指利用基本实验中用过的仪器器材与方法、原理，按题目提出的问题或要求设计新的实验，完成题目要求的探究任务，是对基本实验的创新。电学创新实验的基本仪器是电流表、电压表，原理是闭合电路欧姆定律、部分电路欧姆定律、串联分压、并联分流等规律。
一、综合探究
例1（四川理综-22-）①用多用电表探测图1所示黑箱发现：用直流电压挡测量，E、G两点间和F、G两点间均有电压，E、F两点间无电压；用欧姆测量，黑表笔（与电表内部电源的正极相连）接E点，红表笔（表电表内部电源的负极相连）接F点，阻值较小，但反接阻值很大。那么，该黑箱内元件的接法可能是 。
②在物理兴趣小组活动中，一同学利用下列器材设计并完成了“探究导体阻值与长度的关系”的实验。
电压表V1，量程3V 内阻约为900Ω；电压表V2，量程10V，内阻约为3KΩ；电流表A，量程60mA，内阻约为5Ω；电源E1，电动势1．5V，内阻约为0．2ΩΩ；电源E2，电动势4．5V，内阻约为0．4Ω；滑动变阻器（最大阻值为10Ω）；粗细均匀的同种电阻丝，开关、导线和刻度尺。
其主要实验步骤如下：
A．选取图中器材，按示意图2连接电路
B．用伏安法测定电阻丝的阻值R
C．用刻度尺测出电阻丝的长度L
D．依次减小电阻丝的长度，保持电路其他部分不变，重复步骤B．C
E．处理数据，根据下列测量结果，找出电阻丝值与长度的关系
L（m）
0．9956
0．8049
0．5981
0．4021
0．1958
R（Ω）
104．8
85．3
65．2
46．6
27．1
为使实验尽可能准确，请你对上述步骤中画线处加以改进。
（I） ；（II） 。
解析：（1）本题以黑箱问题为背景，主要考察多用电表的使用。由于E、G两点间和F、G两点间均有电压，E、F两点间无电压，说明E、G两点间和F、G两点有电源，E、F两点间无电源；用欧姆测量，黑表笔（与电表内部电源的正极相连）接E点，红表笔（表电表内部电源的负极相连）接F点，阻值较小，但反接阻值很大，说明其间有二极管，且正极接E端。故黑箱内的元件解法可能是B。
（2）本实验以探究导体电阻与长度关系为背景，主要考查伏安法测电阻实验中减小误差，提高实验精度的方法与技巧。本实验中，使用伏安法测电阻的，为减小读数误差，电压表应选V1；电源选E2可使电压表指针有较大角度偏转，减小读数误差；滑动变阻器阻值较小，应采用分压式接法；从表中数据可以看出，电阻丝电阻接近于电流表电阻，因此，电流表应外接。所以，可提出改进意见：（I）电源选用E2；（II）电流表采用外接法。
二、探究热敏电阻
例2（全国课标卷-23）用对温度敏感的半导体材料制成的某热敏电阻RT，在给定温度范围内，其阻值随温度的变化是非线性。某同学将RT和两个适当的固定电阻R1、R2连成图1虚线框内所示的电路，以使该电路的等效电阻RL的阻值随RT所处环境温度的变化近似为线性的，且具有合适的阻值范围。为了验证这个设计，他采用伏安法测量在不同温度下RL的阻值，测量电路如图3所示，图中的电压表内阻很大。RL的测量结果如下表所示。
温度t（℃）
30．0
40．0
50．0
60．0
70．0
80．0
90．0
RL阻值（Ω）
54．3
51．5
48．3
44．7
41．4
37．9
34．7
回答下列问题：
（1）根据图3所示的电路，在图4所示的实物图上连线。
（2）为了检验RL与t之间近似为线性关系，在坐标纸上作RL-t关系图线。
（3）在某一温度下，电路中的电流表、电压表的示数如图5所示。电流表的读数为 ，电压表的读数为 。此时等效电阻RL的阻值为 ；热敏电阻所处环境的温度约为 。
解析：本题以探究热敏电阻的电阻温度特性为背景，考查电学实验中电路的连接，电表读数，由测量数据得出物理结论的能力。
（1）按照电路图所示的连接，考虑电表接线柱的连接要求，按先“主干”后“分支”、“就近”、“不相交”等原则，连接实物如图所示。
（2）在坐标纸上描点，各组数据都是有效的，用直线连接各点，得到一条直线，如图6所示。
（3）由图5可读出电流表的示数为115mA，电压表示数为5．00V，由欧姆定律可得：
，由做出的RL-t图象可读出，此时对应的温度为64．0
。
点评：根据电路图连接电路实物，是电学实验的基本功，连接时可从电源正极开始逐一连接主干电路上的元件直到电源负极，再连接分支电路中的元件；使电流由电流表的正接线柱流入，从负接线柱流出；电压表的正、负接线柱接分别接在元件靠近电源正、负极的端点；线条不能交叉。在坐标纸上建立图象时，要合理选取坐标刻度，使图象占满坐标平面；连线时，舍去不合理的点。
例3（全国大纲卷II-23）如图7所示，一热电敏电阻RT放在控温器M内；A为毫安表，量程6mA，内阻为数十欧姆；E为直流电源，电动势约为3V，内阻很小；R为电阻箱，最大阻值为999．9Ω；S为开关，已知RT在95°C 时的阻值为150Ω，在20°C时的阻值约为550Ω。现要求在降温过程中测量在95°C～20°C之间的多个温度下RT的阻值。
（1）在图中画出连线，完成实验原理电路图。
（2）完成下列实验步骤中的填空；
①依照实验原理电路图连线
②调节控温容器M内的温度，使得R1的温度为95摄氏度。
③将电阻箱调到适当的初值，以保证仪器安全。
④闭合开关，调节电阻箱，记录电流表的示数Io，并记录 。
⑤将R1的温度降为T1（20oC<T1<95oC）；调节电阻器，使得电流表的读数 ，记录 。
⑥ 温度为T1时热敏电阻的电阻值 。
⑦减少降低T1的数值，直至20摄氏度为止，在每一温度下重复步骤⑤⑥。
解析：本题实际上是伏安法测电阻实验的创新与变通，题中只给出一个电流表，由于电源的电动势已知，且内阻很小，可忽略不计，因此，可利以闭合电路欧姆定律为原理设计电路。
（1）实验原理电路图如图8所示。
（2）调节控温容器M内的温度，使得R1的温度为95摄氏度时，调节电阻箱电流表示数为Io，读出并记录电阻箱的电阻Ro，由闭合电路欧姆定律有：
；将R1的温度降为T1，调节电阻箱，使得电流表的读数仍为Io，读出并记录电阻箱的电阻R1，同理有：
。代入RT=150Ω解两式得：
。
点评：电学实验的设计，所依据的原理一般有欧姆定律、闭合电路欧姆定律、串联电路分压关系、并联电路的分流关系。
2011-04-27 人教网
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