余杰曾裕

(浙江省舟山中學(xué)教育集團(tuán)舟山二中，浙江舟山 316000)

1 原題

采用如圖1所示的電路“測(cè)定電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻”.

(1)除了選用照片中的部分器材外，____________(填選項(xiàng)).

圖1

(A)還需要電壓表. (B)還需要電流表.

(C)還需要學(xué)生電源. (D)不再需要任何器材.

(2)測(cè)量所得數(shù)據(jù)如表1所示.

表1

用作圖法求得電池的內(nèi)阻r=________.

(3)根據(jù)第5組所測(cè)得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，求得電流表的內(nèi)阻RA= ________.

2 該題的幾個(gè)亮點(diǎn)

本題源于教材中的伏安法測(cè)電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻，使考生感到熟悉和親切，容易上手，但同時(shí)又不拘泥于教材，進(jìn)行了一定的創(chuàng)新.本題主要考查了實(shí)驗(yàn)器材的選擇、作圖法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和電流表內(nèi)阻的測(cè)量等幾方面內(nèi)容.筆者認(rèn)為題目有以下幾個(gè)亮點(diǎn).

(1)試題利用照片展示了可能要用到的實(shí)驗(yàn)器材，創(chuàng)設(shè)了接近真實(shí)的情景，使學(xué)生身臨其境，避免紙上談兵，有利于考查學(xué)生是否真正做過(guò)實(shí)驗(yàn).

(2)試題將課本上伏安法測(cè)電池電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻方案中的滑動(dòng)變阻器換成變阻箱，使其測(cè)量功能增加.變阻箱不僅可以通過(guò)調(diào)整阻值從而改變電流和內(nèi)外電壓，而且還可以結(jié)合電流表的讀數(shù)定量計(jì)算出變阻箱兩端的電壓值，使考查內(nèi)容更多元.

(3)試題的方案設(shè)計(jì)在測(cè)定電池電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的同時(shí)又巧妙地融入了伏安法測(cè)電流表內(nèi)阻這一內(nèi)容，可謂一舉兩得，使試題的功能得到了有效地拓展.

3 對(duì)該題幾點(diǎn)思考

應(yīng)該說(shuō)這是一道整體難度適中、具有一定的創(chuàng)新且考查功能較為豐富的好題.但筆者認(rèn)為還有一些美中不足之處，現(xiàn)提出幾點(diǎn)想法與出題專家及同行進(jìn)行商榷，不妥之處請(qǐng)大家斧正.

(1)第(1)小題設(shè)問(wèn)過(guò)于簡(jiǎn)單.本題關(guān)鍵是要考生看出照片中缺少電壓表，即只要認(rèn)識(shí)電壓表的符號(hào)便可得出正確選項(xiàng)(A).筆者曾讓8位高一中等程度學(xué)生(還未學(xué)習(xí)高中電學(xué)知識(shí))對(duì)本題第1問(wèn)進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果5位學(xué)生選(A)，2位學(xué)生選(D)，1位學(xué)生選(C).經(jīng)過(guò)交流得知選錯(cuò)的3位學(xué)生認(rèn)為(A)選項(xiàng)過(guò)于簡(jiǎn)單，故選了其他選項(xiàng).出題者本意要考查學(xué)生是否真正做過(guò)實(shí)驗(yàn)，實(shí)際上是沒(méi)有經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)操作的學(xué)生絕大多數(shù)也能得到正確結(jié)果.可見(jiàn)，本設(shè)問(wèn)門檻過(guò)低，缺少區(qū)分度.

(2)本試題中電流值過(guò)大.第(2)問(wèn)中表格中6組電流值中最小為0.60 A，最大為1.20 A.人教版3-1教師教學(xué)用書和3-1實(shí)驗(yàn)手冊(cè)中對(duì)該實(shí)驗(yàn)的注意事項(xiàng)均提到電流不宜過(guò)大，以避免電池電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻發(fā)生明顯變化.實(shí)驗(yàn)手冊(cè)中還提出:用1號(hào)干電池進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，長(zhǎng)時(shí)間放電電流不要超過(guò)0.30 A，短時(shí)間放電不宜超過(guò)0.50 A.這也正是本實(shí)驗(yàn)中電流表通常選擇0-0.6 A擋量程的依據(jù).

筆者做了一個(gè)小實(shí)驗(yàn):將1節(jié)普通的干電池串聯(lián)一個(gè)較小電阻(0.2Ω)，并與數(shù)字電流表連接，形成回路進(jìn)行了粗略的實(shí)驗(yàn)(如圖2).觀察其電流讀數(shù)隨電路接通時(shí)間長(zhǎng)短而變化情況并記錄至表2.

表2

可見(jiàn)，電流在電路接通短時(shí)間內(nèi)就有較為明顯的變小.究其原因，是因?yàn)殡娏鬟^(guò)大導(dǎo)致電源極化嚴(yán)重，使電動(dòng)勢(shì)較為明顯地減小，而內(nèi)阻較為明顯增大，從而導(dǎo)致電流明顯地變小.

圖2

圖3

表3

從表3可發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)小電流實(shí)驗(yàn)前后，電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻據(jù)發(fā)生變化，但幅度較小.但經(jīng)過(guò)大電流實(shí)驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻變化均比較明顯.可見(jiàn)大電流對(duì)電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻影響很大.為此筆者認(rèn)為試題當(dāng)中實(shí)驗(yàn)電流這樣大電流對(duì)電源可能造成損壞，有違安全性原則;同時(shí)在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中測(cè)量對(duì)象發(fā)生了較為明顯的變化，那么測(cè)量結(jié)果本身就不具有實(shí)際意義了，為此也違背了精確性原則.

(3)試題中的電流數(shù)據(jù)過(guò)于齊整.外電阻若是滑動(dòng)變阻器，通過(guò)連續(xù)調(diào)節(jié)，可以使電流讀數(shù)進(jìn)行人為的控制，比如取一些整數(shù)的數(shù)據(jù)，即使最后一位有效數(shù)字為0，以方便作圖時(shí)候描點(diǎn).但因?yàn)楸驹囶}中是變阻箱，電阻取值無(wú)法做到連續(xù)變化，在實(shí)際操作中電流讀數(shù)一般無(wú)法做到6組數(shù)據(jù)中有5組數(shù)據(jù)為整數(shù).這點(diǎn)可能是出題者考慮到方便學(xué)生在考試過(guò)程中描點(diǎn)作圖，進(jìn)行了適當(dāng)?shù)卣{(diào)整.盡管出發(fā)點(diǎn)是為考生著想，但可能恰恰反而會(huì)給考生留下不真實(shí)的感覺(jué)，容易造成好心辦壞事的結(jié)果.

(4)試題第(3)問(wèn)中電流表內(nèi)阻的測(cè)量值誤差較大.本題的設(shè)問(wèn)在物理思想和方法上是值得肯定的.但因?yàn)殡娏鞅韮?nèi)阻相對(duì)變阻箱阻值(尤其是前幾組數(shù)據(jù))還是過(guò)小，又加上電壓值和電流值讀數(shù)等帶來(lái)的偶然誤差較大，由各組數(shù)據(jù)求得的電流表內(nèi)阻相差較大，最大的為第1組求得RA=0.3Ω，最小的為第2組求得RA=0.114Ω，比值接近3倍.當(dāng)然出題者已經(jīng)充分考慮到了這一問(wèn)題，但依舊保持了原有的數(shù)據(jù)，充分顯示了出題者實(shí)事求是的嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度.試題中有意設(shè)置了“根據(jù)第5組所測(cè)得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，求得電流表內(nèi)阻RA= ________”這一問(wèn)題，從而巧妙地避開(kāi)了各組測(cè)量值差異過(guò)大的矛盾.但是用這種方法測(cè)出的數(shù)據(jù)與電流表的真實(shí)內(nèi)阻相差甚多，已經(jīng)失去了實(shí)際意義.筆者曾用較大的變阻箱阻值根據(jù)試題中的電路和方法進(jìn)行測(cè)量得到的數(shù)據(jù)如表4所示.

表4

根據(jù)表4中的部分?jǐn)?shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)電壓表測(cè)出的值居然比變阻箱兩端的電壓測(cè)量值還小，即U＜IR.這也不難，為此我們也可以看到出題者的用心良苦，采用較小的電阻箱值得到較大的電流，其一是因?yàn)槭强梢允沟?2)問(wèn)中的圖像斜率較大，點(diǎn)跡分布均勻，其二是為了確保第(3)小題設(shè)問(wèn)成功.

4 對(duì)該題的修改建議

建議將原題目改為:某學(xué)生采用如圖4所示的電路“測(cè)定電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻”.

(1)照片中的必要實(shí)驗(yàn)器材有________(填選項(xiàng)).

圖4

(2)該學(xué)生測(cè)量所得數(shù)據(jù)如下:用作圖法求得電池的內(nèi)阻r=________.

(3)根據(jù)第5組所測(cè)得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，求得電流表內(nèi)阻RA= ________.

(4)請(qǐng)根據(jù)第(2)問(wèn)表格中的數(shù)據(jù)，對(duì)該學(xué)生在操作本實(shí)驗(yàn)中存在的問(wèn)題和不足進(jìn)行評(píng)價(jià).

通過(guò)從以下3方面對(duì)該題進(jìn)行了改動(dòng):一是實(shí)驗(yàn)的操作者為某學(xué)生，二是適度增加實(shí)驗(yàn)器材選擇難度，三是增加第(4)問(wèn)，從而使試題的考查內(nèi)容更加全面，問(wèn)題設(shè)置更有梯度，且具有一定的開(kāi)放性，同時(shí)還提高了試題的嚴(yán)謹(jǐn)性.