中考物理实验器材选择题解答分析

物理学是一门以实验为基础的自然科学，实验探究题也就成为当前各类考试中必不可少的题目。在近几年的中考物理试卷中，实验探究题所占的比例不断增大，而且越来越注重考查实验的操作技能，实验方法的运用，分析和解决突变问题的能力等等，而学生往往在实验题中失分严重，这主要跟平时动手操作少、基本知识掌握不牢、没有系统的解题方法有关。下面结合几道典型例题谈谈实验题器材选择的方法、策略。 
　　一、弄清实验原理，注意控制变量 
　　许多学生在解答实验题时，经常不去看题目的第一句话，即本实验探究的是什么，实验目的是什么，往往是看空格填空。如果不知道实验的目的，就不会去想实验原理，，解题时就会有很大的盲目性。比如测液体的密度，就可以利用ρ=m/V或ρ=F浮/gV排，若实验原理不同，则选择的器材就不同。而在电学实验中，探究“影响电流做功多少的因素”和探究“影响电流热效应的因素”这两个实验，学生往往容易混淆。做习题不同于新授课时的探究活动，我们应该先弄清影响物理量的因素，然后再“对症下药”。前者应紧抓公式W=UIt答题，而后者应紧抓公式Q=I2Rt答题。 
　　【例1】 小明和小红想利用如图1所示的装置探究“导体产生的热量与电阻大小”的关系。两瓶煤油中都浸泡着一段金属丝，烧瓶A中的金属丝是铜丝，电阻比较小，烧瓶B中的金属丝是镍铬合金丝，电阻比较大。两瓶煤油中温度计可以显示煤油的温度。 
　　（1）实验中，两个烧瓶中煤油的 和初温应相等。 
　　（2）实验中，小明和小红发现烧瓶B中温度计的示数升高得快。这表明：在电流和通电时间相同的情况下，导体的电阻越 ，产生的热量越多。 
　　（3）如果要继续探究“导体产生的热量与电流大小”的关系，除图中器材外，还必须添加的一种器材是 。写出具体操作方案 。 
　　本题第三小题较难，很多同学不经思考就填电流表，而答案却是秒表。因为我们探究的只是电热多少与电流大小的定性关系而不是定量关系，所以电流可以通过调节滑动变阻器来改变。并根据变阻器接入电路电阻的大小来判断电流的大小。如何探究电流大小对导体产生热量的影响呢？这就需要用到控制变量法。由Q=I2Rt可知，此时需控制电阻和通电时间相同，实验时只能在改变电流前后，比较相同时间内同一根电阻丝产生热量的多少，而通电时间的长短不可能紧靠我们的估测，所以一定要测量工具秒表。具体操作方案：控制通电时间相等（3分钟），调节滑动变阻器，改变通过电阻丝的电流大小，观测其中一根电阻丝（如铜丝）所在液体的温度变化。 
　　最后两个空格，有的同学即使做三四遍还是容易出错，主要原因就是公式混淆，不会灵活运用控制变量法。 
　　二、选择解题策略，做到有理有据 
　　当我们遇到实验题时，首先要明确题目考查的知识点和应达到的目标是什么，不要急于猜测答案，而盲目解题，一定要做到确切了解题意，然后选择合适的解题方法，方法选得合适，不但可以解决问题，而且能使问题的解决过程变得十分简捷，真正掌握了解题策略，就可以做到举一反三、融会贯通，而不是遇到相似的题目屡做屡错。 
　　【例2】 小明利用图2甲所示的电路做“探究通过导体的电流与导体电阻的关系”的实验。他使用的器材有：两节干电池，阻值为5Ω（R1）、10Ω（R2）、20Ω（R3）的定值电阻、“15Ω lA”和“50Ω lA”的滑动变阻器各一个、电流表、电压表和开关各一只，导线若干。 
　　（1）根据图2-甲所示的电路，用笔画线代替导线，将图2-乙中的实物连成实验电路。（连接过程中注意电表量程的选择） 
　　（2）正确连接好电路后，小明首先将R1接入电路，移动滑动变阻器滑片使R1两端的电压为1.5V，读出电流表的示数。 
　　①小明用R2替换R1接入电路后，并将滑片调至阻值最大端，接下来他应该进行的操作是调节滑动变阻器的滑片，直到电压表的示数仍为1.5V，读出电流表的示数。 
　　②小明用R3替换R2接入电路进行实验，发现无论怎样移动滑动变阻器，R3两端的电压始终无法达到1.5V。经检查，电路连接无误，各元件均完好。请你帮他找出一种可能的原因。 
　　③针对②中的问题，在只利用小明所选器材和保持电压表的示数为1.5V的前提下，怎样改进该实验，再测一组数据以完成该实验。 
　　本题解答的关键是更换了电阻后需控制电阻两端的电压不变，这就需要滑动变阻器帮忙了，为了能顺利完成实验，滑动变阻器的选择非常重要。而许多学生在选择时“猜”多于“算”，没有理论依据，就容易出错。 
　　根据串联分压原理，R/RP=UR/UP，因为R两端的电压应始终保持不变为1.5V，电源电压为3V，那么RP分得的电压也应为1.5V不变，在本题中两者两端的电压之比始终等于1∶1，那么电阻之比就始终为1∶1，所以换了大电阻就需要将滑动变阻器调大。 
　　当R换成20Ω后，为了让电压表的示数还为1.5V，滑动变阻器也应调成20Ω，如果小明同学选择的是“15Ω lA”的变阻器，就会导致题目中出现的现象，无论怎样调节滑片都无法使电压表的示数为1.5V，所以该题答案应是“选择的滑动变阻器最大值太小”。 
　　所以滑动变阻器的规格应该由选择的定值电阻和控制的电压决定。如果本题中控制的电压表示数为1V，UP即为2V，那么由R/RP=UR/UP可知变阻器应始终为所换定值电阻的两倍。当R为20Ω时，RP=40Ω，这就为选择滑动变阻器的规格提供了依据。 
　　本题第三问较难，限定的条件很死，如果不能选“50Ω lA”的变阻器，控制的电压又不能改变，应该怎么才能实现多次测量完成实验呢？此时我们可以想到“等效替代”的方法，将R1和R2串联起来等效一个15Ω的电阻从而获得第三组数据。 
　　三、细心读题审题，挖掘隐含条件 
　　读题是指拿到题目后，先整体后局部地阅读，找出题目的关键词、关键字；审题是指审题目的条件和目标，弄清楚题目中给出的已知条件是什么，挖掘题目中隐含的已知条件，努力寻找解题信息，在确保读审认真、细心，分析深刻、透彻的情况下再解答。 
　　【例3】 小华、小明同学做“测量小灯泡电功率”的实验（小灯泡标有“2.5V”字样）。 
　　（1）小华的实验电路接好后，闭合开关，发现小灯泡特别亮，电压表与电流表的示数较大。接下来应进行的操作是 ， 。 
　　（两空按操作步骤先后顺序填写字母代号）。 
　　A.更换电池或小灯泡 
　　B.检查电路是否短路 
　　C.移动滑动变阻器滑片至最大值位置 
　　D.断开电路开关 
　　（2）小明利用实验器材做了三次试验，实验过程中，当电压表示数为 V时，小灯泡正常发光，该灯泡额定功率为 W。 
　　（3）分析表中实验数据可知，小明所用电源电压约为 V。 
　　（4）若小明手边有“1.5A 50Ω”和“2.0A 20Ω”两种规格的滑动变阻器，“0～3V”和 
　　“0～15V”两个量程的电压表，上面实验中他选用的滑动变阻器规格为 ，选用电压表量程为 。 
　　本题原题有实物图，有的学生在解答第3小题时就是看图大体猜了一个电源电压的值，而事实上答案隐含在第3次实验中，小灯泡不发光电流表没有示数，我们应该会想到电路中出现了断路，而此时电压表有示数，由此可知是小灯泡处出现了断路，那么此时电压表的示数即为电源电压6V。
　　第4小题也较难，选择滑动变阻器规格的依据是什么呢？这就需要反复审题。最后会发现第1次实验灯泡较暗的原因应该是滑动变阻器阻值较大，UL=1V，UP=5V，所以此时 
　　RP为 
　　5V0.2A 
　　=25Ω。所以应该选择“1.5A 50Ω”。 
　　综上所述，我们在遇到实验题中器材选择的问题时，只要认真仔细审题，弄清实验目的，抓住实验原理，掌握正确的解题思路方法，就能突破难点，做题目时也就能得心应手，一通百通。