丁正梅
細細品讀各地的中考物理試卷,不難發(fā)現(xiàn)電學實驗的考查是中考的熱點和難點,命題特點總體表現(xiàn)為:立足基礎、推陳出新、體現(xiàn)能力,即依據基本器材或實驗,進一步縱、橫挖掘或拓展,考查考生對實驗原理、方法的領悟情況,靈活運用課本已有的實驗原理、方法和所給的實驗儀器去探究新實驗的能力.本文對2014年和2015年南通市中考物理試卷中的兩道電學實驗題加以分析,進一步挖掘試題的內涵,體會命題者的意圖,以期為我們初中物理教學以啟示,為以后的中考物理實驗復習教學提供參考.
例1(2014年南通)在測量未知電阻Rx(阻值約為150 Ω)的實驗中,提供的實驗器材有:電源(電壓3 V)、滑動變阻器R(0~50 Ω)、電阻箱R0(0~9999 Ω)、電流表(0~0.6 A)、電壓表(0~3 V)、開關及導線若干.
(1)小虎同學設計了如圖1所示的電路,他(選填“能”或“不能”)較準確測出Rx的阻值,理由是.
(2)小明同學設計了如圖2所示的電路進行測量.
①請根據圖1和圖2所示的電路,在圖3中用筆畫線代替導線將實物圖連接完整.
②正確連接電路后,小明先將開關S撥至“1”,調節(jié)變阻器的滑片至某一位置,此時電壓表的示數(shù)如圖4所示,讀數(shù)為U1=V.
③再將開關S撥至“2” ,當電阻箱的阻值調至R0=152 Ω時,電壓表的示數(shù)恰為U1,則待測電阻的阻值Rx=Ω.
④實驗中,若將開關撥至“2”時,不小心將滑動變阻器的滑片向右移動了少許,其他操作正確,則Rx的測量值(選填“大于”、“小于”或“等于”)真實值.
解析本題以測電阻的實驗為背景,考查了電表的使用和讀數(shù)、實物圖的連線、等效替代法測電阻的實驗原理及實驗誤差的分析等.
(1)初中對電表的掌握要求是理想電表(電壓表的內阻無窮大,電流表的內阻為零),對電表會讀數(shù),掌握電壓表與被測電路并聯(lián),電流表與被測電路串聯(lián).此問題給學生的感覺是能準確測量,理由是用電壓表測出被測電阻電壓,電流表測出通過被測電阻的電流.其實,由于電源電壓3 V,而被測電阻的阻值大約150 Ω,所以電路中電流最大只有0.02 A左右,小于電流表的分度值,所以不能準確測出Rx的阻值.
(2)①根據實物圖的連線原則:先串聯(lián)后并聯(lián),可得完整的實物圖連接如圖5所示.
②電壓表所接量程為3 V,每小格表示的電壓(即分度值)0.1 V,所以讀數(shù)為0.4 V.
③根據等效替代的原理可得待測電阻Rx的阻值為152 Ω.
④滑動變阻器的滑片向右移動了少許,使得滑動變阻器接入電路的電阻變大了一些,根據串聯(lián)電路的特點(電壓與電阻成正比),要使電壓表的示數(shù)仍為為U1,電阻箱的阻值必須調至比152 Ω大一些,則Rx的測量值大于真實值.
點評本題從學生熟悉的測電阻情境入手,從教材中來,但不拘泥于教材,設計了“等效替代法測電阻”新實驗,命題者將學生熟悉的情境與新的探究方法有機地融為一體,對教材實驗做了縱向延伸,在問題的解決中全面考查了實驗的探究能力,很好地體現(xiàn)了新課程實驗教學倡導的探究性與開放性,為培養(yǎng)學生的發(fā)散性思維能力、發(fā)展學生個性提供了廣闊的空間,對初中物理實驗教學具有很好引導作用.
例2(2015年南通)探究“電流與電阻關系”的實驗中,提供的器材有:電源(電壓9 V)、電流表、電壓表、滑動變阻器R、電阻箱R0、開關及導線若干.
(1)小明連接的圖6電路中存在連線錯誤,只需改動一根導線,即可使連線正確.請在接錯的導線上打“×”,并用筆畫線代替導線畫出正確的接法.
(2)正確連接電路后閉合開關,在移動變阻器滑片P時,兩電表示數(shù)突然都變?yōu)榱?,則電路故障可能為.
A.R短路B.滑片P接觸不良
C.R0短路D.R0斷路
(3)排除故障后實驗時,改變R0的阻值,測出對應的電流I.當R0的阻值變大時,為完成探究,應將滑片P向(選填“A”或“B”)端移動.
(4)將R0阻值換為50 Ω,電流表示數(shù)如圖7所示,請在圖8所示的I-1R0坐標中補描該點并作出I-1R0關系圖線.
(5)連線時發(fā)現(xiàn)有一個錯誤數(shù)據點,反思產生原因,小明回憶是某次將R0的阻值由Ω變換為錯誤數(shù)據點對應阻值時,未調節(jié)滑片P就讀取電流而造成的.
解析本題借助探究“電流與電阻關系”的實驗,考查了實驗操作能力、故障的分析、實驗原理的理解、描點作圖、錯誤分析及串并連電路特點的應用等.
(1)電壓表與電阻箱接成了串聯(lián)而電流表接成了并聯(lián),修改后的電路如圖9所示.
(2)若R短路時兩電表示數(shù)都變大;R0短路時電壓表示數(shù)變?yōu)榱愣娏鞅硎緮?shù)變大;R0斷路時電壓表示數(shù)變大而電流表示數(shù)幾乎為零,均不符合題意,只有滑片P接觸不良,兩電表示數(shù)才可能都變?yōu)榱?,所以應選B.
(3)本實驗隱含著必須保持電阻箱兩端的電壓不變,由于電阻箱與滑動變阻器串聯(lián),當R0的阻值變大時,滑動變阻器接入電路的電阻值必須變大,所以為了完成探究,應將滑片P向A移動.
(4)描點、連線如圖10所示.
(5)圖8中錯誤的數(shù)據對應的點,電流為0.2 A,電阻為25 Ω,即對應的電壓為5 V,由于電源電壓為9 V,所以滑動變阻器兩端此時電壓為4 V,滑動變阻器接入電路的電阻阻值為20 Ω.由(4)中可知,電阻箱兩端的電壓應控制在6 V,說明電阻箱阻值變化前滑動變阻器兩端電壓為3 V,由題意可知,滑動變阻器接入電路的電阻阻值仍為20 Ω,根據串聯(lián)電路中各用電器兩端電壓跟其電阻成正比,可得電阻箱的阻值為40 Ω,即R0的阻值由40 Ω變換來的.
點評本題的情境貼近學生的學習生活,讓學生感覺題目“慈眉善目”,但命題者做了大量的橫向拓展.試題設置突出了實驗的具體操作和實驗過程中出現(xiàn)問題的處理.命題意圖在于引導實驗教學不是“紙上談兵”,而應讓學生走進實驗室,在實驗的操作中,理解實驗的原理、掌握儀器的使用,逐步形成對實驗條件的控制及實驗問題的解決能力,養(yǎng)成良好的實驗操作規(guī)范,提高實驗素養(yǎng).
啟示不難發(fā)現(xiàn),兩道實驗試題均從學生熟悉的情境入手,進行“改頭換面”,體現(xiàn)了中考實驗命題的兩個趨勢:一是橫向拓展,進一步開發(fā)了基本實驗的功能,考查學生對實驗原理的理解及綜合分析能力;二是縱向挖掘,對基本實驗做深加工,考查學生的遷移能力及新情境下的探究能力.給我們今后的中考物理實驗復習以啟示.
首先,中考復習中應以教材中的實驗為基礎,以學生熟悉的情境為載體,復習實驗的基本原理、基本思想和基本方法.一是掌握教材中規(guī)定的測量工具的使用方法和讀數(shù)方法;二是掌握實驗的原理、器材的使用(包括規(guī)格的含義)、電路圖(包括實物圖連線)、實驗步驟、故障分析、數(shù)據處理的方法(包括方程計算法和圖象法)、注意事項、誤差分析及實驗過程中突發(fā)事件的處理等.
其次,中考實驗復習不能僅是“紙上談兵”,以講實驗題而代替學生的實驗復習,要讓學生到實驗室實地訓練,讓學生暴露問題、解決問題,正確處理在操作過程中出現(xiàn)的意外事件,提高學生的觀察能力、動手操作能力及分析問題和解決問題的能力,在操作中提高復習效果.這個過程教師必須真正放手,防止教師講、學生聽,使學生按教師的講解“依葫蘆畫瓢”,禁錮學生創(chuàng)新思維的發(fā)展.
再次,由于中考實驗重視教材但不拘泥于教材,所以在中考實驗復習中,必須帶著問題對教材的原實驗重新審視,通過比較多種方法之間的異同,找出原理和方法的連接點、深化點,讓學生從本質上真正理解和把握實驗原理;以基本器材和基本實驗為基準點設置實驗習題,拓展、挖掘它的實驗功能,以“新”的實驗情境為載體,以典型問題為依托,順勢挖掘,培養(yǎng)學生的分析與遷移能力,使學生形成科學思維方式,能應對練習、考試中出現(xiàn)的新問題.