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物理《考试说明》对实验能力的要求是“能独立完成知识内容表中所列的实验. 能明确实验目的，理解实验原理和方法，能控制实验条件，会使用实验仪器，会观察、分析实验现象，会记录处理实验数据并得出结论. 能灵活地运用已学过的物理理论、实验方法和实验仪器去处理问题”. 下面是2010年华中科技大学自主招生考试卷中一道物理实验题，其能力立意高，全面考查了实验能力.
例 要测一个自感系数很大的线圈[L]的直流电阻[RL]，实验室提供以下器材：
A．待测线圈[L]（阻值约为2Ω，额定电流2A）
B．电流表[A1]（量程0.6A，内阻[r1]=0.2Ω）
C．电流表[A2]（量程3.0A，内阻[r2]约0.2Ω）
D．滑动变阻器[R1]（0~10Ω）
E．滑动变阻器[R2]（0~1kΩ）
F．定值电阻[R3]=10Ω
G．定值电阻[R4]=100Ω
H．电源（电动势[E]约9V，内阻很小）
I．单刀单掷开关两只[S1]、[S2]，导线若干
要求实验时，改变滑动变阻器的阻值，在尽可能大的范围内测得多组[A1]、[A2]表的读数[I1]、[I2]，然后利用[I1]—[I2]图象求出线圈的电阻[RL].
（1）实验中定值电阻应选用 ，滑动变阻器应选用 （2）画出实验电路原理图（器材用适当的符号表示）；
（3）实验结束时应先断开开关 ；
（4）用实验测得的数据作出[I1]—[I2]图象（如图1所示），则线圈的直流电阻[RL=] Ω（结果保留两位有效数字）.
解析 此题的实验目的明确，是要测一个线圈的直流电阻[RL]. 考查的物理实验能力表现在以下几个方面：
1．实验原理与实验电路的设计能力
虽然测电阻的方法较多，但从题目所给出的器材来看， 这里应选用伏安法测电阻. 伏安法测电阻（或电表内阻）的原理是[R=UL]. 测量电路的设计是围绕测量电阻[R]上的电压[U]和通过电阻[R]上的电流[I]来间接测量其电阻[R]值. 一般情况下我们会自然地想到用伏特表V来直接测电压，用安培表A来直接测电流. 由于本题给出的器材中没有V表，但A表有两只，且电流表[A1]的内阻[r1=]0.2Ω已知，因此可以用电流表[A1]间接测电压，用电流表[A2]测电流，考虑到被测电阻[RL]≈2Ω较小，应选用外接法，设计测量电路如图2甲所示.
[甲][图2] [乙]
伏安法测电阻的测量电路中往往面临的一个现实问题是两电表的量程合适匹配. 为了尽量减少测量中电表的读数误差，在实际测量中一般要求A表与V表的指示值不得低于其最大量程的[13]. 用图2甲所示的测量电路进行实际测量时，由于[A1]表量程为0.6A，用它测出的最大电压[Um=I1r1]=0.6×0.2V=0.12V，则电阻[RL]上的最大电流约为[I1=UmRL=]0.06A，这时通过表[A2]中的电流约为0.6A +0.06A=0.66A，这样就不能保证在实际测量中[A2]表的示数大于其最大量程（3A）的[13]. 为了增大[A2]表中的电流，可以将适当的已知固定电阻[R]与[A1]表串联，以增大被测电阻[RL]上的电压，从而增大其测量电流，测量电路如图2乙所示. 通过计算我们不难发现，按图2乙所示的电路进行测量，当定值电阻选用[R3]=10Ω时，若通过电路调节使[A1]表指针接近满偏时，[A2]表中的最大电流约为[I2=I1+I1(r1+R3)RL]=0.6+0.6×[10+0.22]=3.66A，可通过适当的控制电路来调节使表[A2]的最大电流不超过其量程，使之完全符合测量要求.
考虑到题给出的电源内阻很小，其电动势[E]约9V，超出了测量电路上的最大电压；又由于题中要求实验时，改变滑动变阻器的阻值，在尽可能大的范围内测得多组[A1]、[A2]表的读数[I1]、[I2]，故控制电路宜采用分压式控制电路，滑动变阻器选用[R1]（0~10Ω）. 再考虑到被测电阻的实物模型为一自感线圈，在实验数据测完，断开电路总开关时线圈易产生自感现象，会烧毁电流表[A1]，因此需要对此表进行保护，可以用一开关[S1]串在电流表[A1]所在的支路上，实验结束时先断开[S2]，这样可以解决这一问题.
通过以上分析，可设计出完整的实验电路如图3所示.
[图3]
2．实验数据的分析与处理能力
按如图3所示实验电路进行实验，若在某次合适的实际测量中，两电流表[A1]、[A2]的读数分别为[I1]、[I2]，则有[I2=I1+I1(r1+R3)RL]
从式中可知，理论上只需一次合适的测量就可以间接求出线圈电阻[RL]的值. 但为了减小测量的偶然误差，通常采用多次测量来求平均值. 用图象法来分析处理数据也是一种求平均值的有效方法. 本题中给出了多次测量用两电流表读数作出的[I1-I2]图象（如图1所示），由此图象可求出[I2]与[I1]的比值（即图1中直线的斜率）[I2I1=30.5=]6.0
解得[RL=R3+r1I2I1-1]，代入数据，得[RL=]2.04Ω. 又考虑到题目要求结果保留两位有效数字，故取[RL=]2.0Ω.
【练习】
（华中科技大学2011年自主招生物理题7）从下面给定的器材中选出适当的器材，设计一个能精确测量阻值为20~30Ω的电阻[Rx]的电路，要求电表读数不小于其量程的[13]，且能测得多组数据调节方便.
电流表[G1]（量程1mA，内阻[r1]=500Ω）；电流表[G2]（量程100μA，内阻[r2]约1000Ω）；定值电阻[R1]（阻值5Ω）；定值电阻[R2]（阻值20Ω）；电压表[V]（量程3V，内阻[rV]约10kΩ）；滑动变阻器[R]（总阻值 20Ω）；电池组[E]（电动势约6V，内阻很小但不能忽略）；单刀单掷开关[S]一个及导线若干.
（1）画出精确测量电阻[Rx]的电路图，并标明所选器材的代号字母.
（2）在所测量的数据中选一组数据计算[Rx]的值，计算表达式[Rx]= ；表达式中各符号表示的意义分别是 .
【参考答案】
（1）电路图如图4所示.
[图4]
（2）[Rx=UI(1+r1R1)-R1r1R1+r1]或[Rx=U-Ir1I(1+r1R1)]
式中[U]为电压表的示数，[I]为电流表[G1]的示数，[R1]为定值电阻（5Ω），[r1]为电流表[G1]的内阻（500Ω）.
例 要测一个自感系数很大的线圈[L]的直流电阻[RL]，实验室提供以下器材：
A．待测线圈[L]（阻值约为2Ω，额定电流2A）
B．电流表[A1]（量程0.6A，内阻[r1]=0.2Ω）
C．电流表[A2]（量程3.0A，内阻[r2]约0.2Ω）
D．滑动变阻器[R1]（0~10Ω）
E．滑动变阻器[R2]（0~1kΩ）
F．定值电阻[R3]=10Ω
G．定值电阻[R4]=100Ω
H．电源（电动势[E]约9V，内阻很小）
I．单刀单掷开关两只[S1]、[S2]，导线若干
要求实验时，改变滑动变阻器的阻值，在尽可能大的范围内测得多组[A1]、[A2]表的读数[I1]、[I2]，然后利用[I1]—[I2]图象求出线圈的电阻[RL].
（1）实验中定值电阻应选用 ，滑动变阻器应选用 （2）画出实验电路原理图（器材用适当的符号表示）；
（3）实验结束时应先断开开关 ；
（4）用实验测得的数据作出[I1]—[I2]图象（如图1所示），则线圈的直流电阻[RL=] Ω（结果保留两位有效数字）.
解析 此题的实验目的明确，是要测一个线圈的直流电阻[RL]. 考查的物理实验能力表现在以下几个方面：
1．实验原理与实验电路的设计能力
虽然测电阻的方法较多，但从题目所给出的器材来看， 这里应选用伏安法测电阻. 伏安法测电阻（或电表内阻）的原理是[R=UL]. 测量电路的设计是围绕测量电阻[R]上的电压[U]和通过电阻[R]上的电流[I]来间接测量其电阻[R]值. 一般情况下我们会自然地想到用伏特表V来直接测电压，用安培表A来直接测电流. 由于本题给出的器材中没有V表，但A表有两只，且电流表[A1]的内阻[r1=]0.2Ω已知，因此可以用电流表[A1]间接测电压，用电流表[A2]测电流，考虑到被测电阻[RL]≈2Ω较小，应选用外接法，设计测量电路如图2甲所示.
[甲][图2] [乙]
伏安法测电阻的测量电路中往往面临的一个现实问题是两电表的量程合适匹配. 为了尽量减少测量中电表的读数误差，在实际测量中一般要求A表与V表的指示值不得低于其最大量程的[13]. 用图2甲所示的测量电路进行实际测量时，由于[A1]表量程为0.6A，用它测出的最大电压[Um=I1r1]=0.6×0.2V=0.12V，则电阻[RL]上的最大电流约为[I1=UmRL=]0.06A，这时通过表[A2]中的电流约为0.6A +0.06A=0.66A，这样就不能保证在实际测量中[A2]表的示数大于其最大量程（3A）的[13]. 为了增大[A2]表中的电流，可以将适当的已知固定电阻[R]与[A1]表串联，以增大被测电阻[RL]上的电压，从而增大其测量电流，测量电路如图2乙所示. 通过计算我们不难发现，按图2乙所示的电路进行测量，当定值电阻选用[R3]=10Ω时，若通过电路调节使[A1]表指针接近满偏时，[A2]表中的最大电流约为[I2=I1+I1(r1+R3)RL]=0.6+0.6×[10+0.22]=3.66A，可通过适当的控制电路来调节使表[A2]的最大电流不超过其量程，使之完全符合测量要求.
考虑到题给出的电源内阻很小，其电动势[E]约9V，超出了测量电路上的最大电压；又由于题中要求实验时，改变滑动变阻器的阻值，在尽可能大的范围内测得多组[A1]、[A2]表的读数[I1]、[I2]，故控制电路宜采用分压式控制电路，滑动变阻器选用[R1]（0~10Ω）. 再考虑到被测电阻的实物模型为一自感线圈，在实验数据测完，断开电路总开关时线圈易产生自感现象，会烧毁电流表[A1]，因此需要对此表进行保护，可以用一开关[S1]串在电流表[A1]所在的支路上，实验结束时先断开[S2]，这样可以解决这一问题.
通过以上分析，可设计出完整的实验电路如图3所示.
[图3]
2．实验数据的分析与处理能力
按如图3所示实验电路进行实验，若在某次合适的实际测量中，两电流表[A1]、[A2]的读数分别为[I1]、[I2]，则有[I2=I1+I1(r1+R3)RL]
从式中可知，理论上只需一次合适的测量就可以间接求出线圈电阻[RL]的值. 但为了减小测量的偶然误差，通常采用多次测量来求平均值. 用图象法来分析处理数据也是一种求平均值的有效方法. 本题中给出了多次测量用两电流表读数作出的[I1-I2]图象（如图1所示），由此图象可求出[I2]与[I1]的比值（即图1中直线的斜率）[I2I1=30.5=]6.0
解得[RL=R3+r1I2I1-1]，代入数据，得[RL=]2.04Ω. 又考虑到题目要求结果保留两位有效数字，故取[RL=]2.0Ω.
【练习】
（华中科技大学2011年自主招生物理题7）从下面给定的器材中选出适当的器材，设计一个能精确测量阻值为20~30Ω的电阻[Rx]的电路，要求电表读数不小于其量程的[13]，且能测得多组数据调节方便.
电流表[G1]（量程1mA，内阻[r1]=500Ω）；电流表[G2]（量程100μA，内阻[r2]约1000Ω）；定值电阻[R1]（阻值5Ω）；定值电阻[R2]（阻值20Ω）；电压表[V]（量程3V，内阻[rV]约10kΩ）；滑动变阻器[R]（总阻值 20Ω）；电池组[E]（电动势约6V，内阻很小但不能忽略）；单刀单掷开关[S]一个及导线若干.
（1）画出精确测量电阻[Rx]的电路图，并标明所选器材的代号字母.
（2）在所测量的数据中选一组数据计算[Rx]的值，计算表达式[Rx]= ；表达式中各符号表示的意义分别是 .
【参考答案】
（1）电路图如图4所示.
[图4]
（2）[Rx=UI(1+r1R1)-R1r1R1+r1]或[Rx=U-Ir1I(1+r1R1)]
式中[U]为电压表的示数，[I]为电流表[G1]的示数，[R1]为定值电阻（5Ω），[r1]为电流表[G1]的内阻（500Ω）.