紧扣原理、比较异同、突破迁移
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设计性实验题是历年高考的一大热点，也是考生感到的难点，它的设计源于教材，高于教材
，一般含有课本中的学生实验的影子，经创新设问、慎密改编之后而成。求解这类试题要求
学生从方法上进行迁移，运用所提供的器材创造性地进行实验设计。那么，此类实验题的设
计思路应如何打开呢？ “紧扣原理、比较异同、突破迁移”是一种重要思路。
1 总体设计思路
因为设计性实验题源于课本，首先要依据实验目的和原理，确定最基本实验方案；再通过实
际情况与基本方案 “比较异同”，找出两者的差异，这个差异是解决问题的困难所在，同
时也隐藏着解决问题的办法，通过“比较异同”找到突破迁移思路。
2 “比较异同、突破迁移”的核心
主题：利用题中提供器材，设计测量电源电动势和内阻的实验方案(电路)。
原理：伏安法测电源电动势E和内阻r的基本原理是闭合电路欧姆定律E=U+Ir，其中U为电源
两端的电压，I为通过电源的电流，U和I可以直接测量也可以间接测量。测量的基本电
路如图1所示，理论上移动变阻器滑片进行二次测量操作就能求出E和r，为减小实验误差，
一般进行多次测量操作，然后绘制U-I图象求出E和r；或者每二个方程一组，用公式法求出E
和r后再取平均值。
比较异同：伏安法测电源电动势和内阻的基本电路中用到电流表、电压表和变阻器，而题中
实际提供的器材存在或多或少的现象，有的并不标准，遇到这种情况要对提供的器材与基本
电路需要的器材进行比较，从中找出差异点。
突破原则：选择器材规格和设计电路应遵循安全性、可行性、精确性、方便性的原则。
突破方向：紧扣伏安法测电源电动势和内阻的原理，若缺少某种器材或某器材规格不符合要
求，应思考如何借助其它器材来替代它的作用，沿这个方向去设计实验方案。
下面分四种类型来讨论：
类型1：有电压表和电流表，但电表的量程不合适。
突破：若电表内阻已知，可改装电表扩大量程；若电表是理想的或内阻未知时，可以在被测
电路上串联分压电阻或并联分流电阻来降低所测量的电压或电流值。
类型2：同种电表有两个，缺电流表或电压表。
突破：将内阻已知(必须是准确值)的电压表当电流表使用，内阻已知的电流表当电压表使
用。
a。两个电压表，V2内阻已知：解决方案见图2.
b。两个电流表，A1内阻已知：解决方案见图3(把A1当电压表使用，注意电源的总电流等
于通过A1与A2的电流之和)。用A1测电压，量程不够时，若有已知电阻，可串联该已知
电阻以扩大量程。
类型3：有两个电表，但其中一个只给出电表盘面格数，没有标出数值。
突破：若有一个电表只给出盘面格数，没有标出数值，有些情况下是测不出E和r的，或者只
能求出一个。若考试中碰到此种题型，原则上需要改变电路连接方式，经两次测量获取数据
。解答时要紧紧抓住电压(电流)数值与电表偏转格数是成正比的关系。从两次接入不同的
电阻值中获取电表指针偏转的格数比，再利用闭合电路欧姆定律列方程求解。
类型4：只提供一个电表和电阻箱(或一个已知电阻)。
突破：电流表和电阻箱(或已知电阻)配合，测出总电流的同时也能测出电源的路端电压；
电压表和电阻箱(或已知电阻)配合，测出路端电压的同时也能测出电路的总电流。先在基
本电路(如图1)中去掉没提供的表，将滑动变阻器换成电阻箱(或该已知电阻)，再通过
开关或电阻箱改变电路，经两次测量获取数据，就能求出E和r。
(1)a。电压表和电阻箱：解决方案见图4.
b。电流表和电阻箱，解决方案见图5。
(2)c。内阻已知(或理想)的电压表和一个已知电阻：解决方案见图6。
d。内阻已知的电流表和一个已知电阻：解决方案见图7(电流表量程要足够大)。
例题 (改编题)现要测量某电源的电动势E和内阻r，备有以下器材：
电源E(电动势2.5 V～3 V，内阻比1 Ω略小，最大允许通过电流1 A)
电流表G1(量程100 μA，内阻100 Ω，精度±2.5%)
电流表G2(量程1 mA，内阻约100 Ω，精度±2.5%)
电压表V(量程15 V，内阻约30 kΩ，精度±2.5%)
电阻箱R1(0～99。99 Ω)
电阻箱R2(0～99999。9 Ω)
定值电阻R3(2 Ω)
导线若干，开关S一个。
①选择恰当的器材并画出测量电路图。为减小实验误差，要求调节时电表读数变化范围较大
。
②闭合开关，逐步减小电阻箱R1的阻值，读出电流表相应的示数I，得到6组R1与I的值
并记入表格(6组数据此处略)，然后用作图法处理数据。若图线纵坐标表示电流表读数I，为
了能比较准确方便的得出实验结论，则图线的横坐标应选用
A。R1B。I/R1C。I/R1D。R1/I
紧扣原理：依据测量电源电动势和内阻的基本电路(如图1)
比较异同：题目给出了两个电流表和一个电压表、两个电阻箱和一个定值电阻，但没有滑动
变阻器。
突破迁移：发现题中提供的电压表量程太大，不能精确测量电源两端的电压。随后考虑类型
4b中将电流表和电阻箱R2串联(如图5)的突破方案，继而发现电流表G2内阻是
大约值，
不可用，只能采用电流表G1，为保障G1安全，闭合电路总电阻要保持在30 k
Ω以上，而电表的测量精度是±2.5%，这样求出的内阻的最大误差超过750 Ω，
显
然此方案不可行。再考虑类型2b中两个电流表的突破方案，发现也不可行。最后只能考虑
将电流表改装成电压表，再与电阻箱R1并联的测量方案(类型4a中的图4)。
解析 ①电流表G2内阻不是准确值，不能改装成电压表，故选择将电
阻箱R2阻值调到29。9 kΩ与电流表G1串联改装成量程为3 V，内阻为R
V=
30 kΩ的电压表。由于电源的内阻小于1 Ω，为防止电阻箱R1阻值接近零时，电
路总电流超过电源的最大允许电流1 A，必须将2 Ω的定值电阻R3串联在外电路
上起保护作用。再考虑到如果将电压表直接接在电源两端，则调节电阻箱时，电压表的示数
变化范围较小，因此将改装好的电压表与电阻箱R1并联，定值电阻R3可看成“塞”进电
源内部，起增大电源内阻的作用，从而外电路调节时，电压表的示数变化范围更大，测量电
路如图8所示。
②由闭合电路欧姆定律有
E=UV+I总(R3+r)=IRV+[SX(]IRV[]R1[SX)](R3+r)，
可得到 I=[SX(]E[]RV[SX)]-[SX(]I[]R1[SX)](R3+r)。
要比较准确方便的得出实验结论，图线成一条直线是最好的，故图线的横坐标应选用物理量
I/R1，即C选项。
点评 提供的器材多，但又不能直接用于测量，必须根 据安全性、
可行性、精确性、方便性的原则综合分析，运用四
类型中对应的突破方法逐步解决困难，才能确定实验方
案。本题不仅考查了实验能力，还考查了随机应变的思维能力。
3 “紧扣原理、比较异同、突破迁移”对学生的意义
“紧扣原理、比较异同、突破迁移”给学生指明了测电源电动势和内阻实验设计的方向，使
学
生思路变得清晰，只要通过与几种测电源电动势和内阻的原理图比较，就不难得出实验方案
。而且“紧扣原理、比较异同、突破迁移”的设计思路同样适合解决其他实验设计问题，使
学生更容易享受到成功解决设计性实验题的喜悦，甚至以后面对其他新课题时，更
能树立解决问题的信心，这正是新课标所追求的三维教学目标。