福建 洪英蘭 施生晶

《普通高等學(xué)校招生全國統(tǒng)一考試大綱》要求考查物理學(xué)科的五種能力：理解能力、推理能力、分析綜合能力、應(yīng)用數(shù)學(xué)處理物理問題能力、實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α?021年全國甲卷電學(xué)實(shí)驗(yàn)題內(nèi)容豐富，對(duì)考生的綜合能力要求較高，很好地考查考生“科學(xué)探究”素養(yǎng)，對(duì)高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)和高考電學(xué)實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)具有積極導(dǎo)向作用。

1.2021年全國甲卷實(shí)驗(yàn)題賞析及啟示

原題呈現(xiàn)：某同學(xué)用圖1所示電路探究小燈泡的伏安特性，所用器材有：

圖1

小燈泡(額定電壓2.5 V，額定電流0.3 A)

電壓表(量程300 mV，內(nèi)阻300 Ω)

電流表(量程300 mA，內(nèi)阻0.27 Ω)

定值電阻R0

滑動(dòng)變阻器R1(阻值0～20 Ω)

電阻箱R2(最大阻值9 999.9 Ω)

電源E(電動(dòng)勢(shì)6 V，內(nèi)阻不計(jì))

開關(guān)S、導(dǎo)線若干。

完成下列填空：

(1)有3個(gè)阻值分別為10 Ω、20 Ω、30 Ω的定值電阻可供選擇，為了描繪小燈泡電流在0～300 mA的U-I曲線，R0應(yīng)選取阻值為________Ω的定值電阻；

(2)閉合開關(guān)前，滑動(dòng)變阻器的滑片應(yīng)置于變阻器的________(填“a”或“b”)端；

(3)在流過電流表的電流較小時(shí)，將電阻箱R2的阻值置零，改變滑動(dòng)變阻器滑片的位置，讀取電壓表和電流表的示數(shù)U、I，結(jié)果如圖2所示。當(dāng)流過電流表的電流為10 mA時(shí)，小燈泡的電阻為________Ω(保留1位有效數(shù)字)；

圖2

(4)為使得電壓表滿量程時(shí)對(duì)應(yīng)于小燈泡兩端的電壓為3 V，該同學(xué)經(jīng)計(jì)算知，應(yīng)將R2的阻值調(diào)整為________Ω。然后調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器R1，測(cè)得數(shù)據(jù)如表1所示：

表1

(5)由圖2和表1可知，隨流過小燈泡電流的增加，其燈絲的電阻________(填“增大”“減小”或“不變”)；

【命題意圖】試題要求考生用伏安法測(cè)量小燈泡工作時(shí)的實(shí)際電壓U與電流I，利用U-I圖像和列表法求小燈泡實(shí)際電阻和實(shí)際功率。命題者創(chuàng)設(shè)情境：提供電壓表的2個(gè)參數(shù)(電壓與電阻)，讓考生分析并判斷，因電壓表量程太小，需要改裝擴(kuò)大量程；因電壓表內(nèi)阻遠(yuǎn)大于小燈泡電阻，不考慮電壓表的分流作用；讓考生應(yīng)用串聯(lián)電路的特點(diǎn)與歐姆定律等知識(shí)解決問題，考查考生對(duì)基本概念和規(guī)律的理解，很好地實(shí)現(xiàn)了試題的選拔功能。

【試題解析】

(1)考查串、并聯(lián)電路的特點(diǎn)，考查考生邏輯推理能力

圖3

(2)考查控制電路滑動(dòng)變阻器分壓式特點(diǎn)

描繪小燈泡U-I曲線，電壓應(yīng)從0開始測(cè)量，滑動(dòng)變阻器采用分壓式接法，閉合開關(guān)前，滑動(dòng)變阻器的滑片置于a端，接入電壓為0。

(3)考查考生測(cè)量電路，分析和處理誤差的能力

關(guān)鍵能力：部分考生考慮電壓表的分流作用，不會(huì)處理誤差，就造成解題障礙，影響得分。

圖4

(4)考查改裝電壓表的能力，考查運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)分析物理問題的能力

(5)考查考生從圖像獲取信息、分析數(shù)據(jù)能力

圖5

(6)考查考生處理數(shù)據(jù)能力

【啟示】試題沒有復(fù)雜的背景，對(duì)知識(shí)點(diǎn)覆蓋全面，設(shè)問層層遞進(jìn)，具有很強(qiáng)“選拔性”功能。分析清楚電路的結(jié)構(gòu)是解題的前提，理解實(shí)驗(yàn)原理是解題的關(guān)鍵，試題創(chuàng)新度較高，考生要把熟悉模型進(jìn)行遷移，要利用串并聯(lián)電路、歐姆定律等基本原理，對(duì)電表進(jìn)行改裝，會(huì)利用題中測(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)問題計(jì)算。試題很好地考查了考生的邏輯思維和運(yùn)用數(shù)學(xué)方法處理數(shù)據(jù)的能力，很好地提高了考生物理學(xué)科素養(yǎng)。

2.教學(xué)建議

電學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容豐富，考查比較綜合全面，對(duì)考生的綜合能力要求較高，從歷年考生反饋來看，實(shí)驗(yàn)題是考生失分較多的地方，得分率相對(duì)偏低，因此電學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)和高三備考的過程中，學(xué)生要注重電學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本知識(shí)、基本方法，找出規(guī)律，進(jìn)行歸類整理，老師要引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)拓展創(chuàng)新和變式訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維能力，在備考復(fù)習(xí)中要有針對(duì)性和實(shí)效性。

2.1 重視基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，提高實(shí)驗(yàn)技能

考生需掌握五個(gè)基礎(chǔ)電學(xué)實(shí)驗(yàn)(見表2)，要能獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)，要在實(shí)驗(yàn)過程中提高發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力，提升物理學(xué)科素養(yǎng)。

表2

高考試題在基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)上進(jìn)行變換、組合、改進(jìn)、創(chuàng)新與拓展，考生要對(duì)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)原理理解透徹，對(duì)電學(xué)儀器構(gòu)造、性能、原理了如指掌，不斷提高實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力、提高基本的實(shí)驗(yàn)技能。

2.2 加強(qiáng)對(duì)實(shí)驗(yàn)電路的復(fù)習(xí)

電學(xué)實(shí)驗(yàn)電路主要由控制電路和測(cè)量電路組成?？刂齐娐飞婕盎瑒?dòng)變阻器限流式和分壓式的接法，起到調(diào)節(jié)電路中的電壓和電流的作用。如：2021全國甲卷、2016全國卷Ⅰ、2017全國卷Ⅱ、2018全國卷Ⅰ，考生只要熟悉兩種接法的優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合實(shí)驗(yàn)要求，進(jìn)行正確儀器連接，問題便可迎刃而解。測(cè)量電路主要由被測(cè)元件、電流表、電壓表、電阻箱(定值電阻)等構(gòu)成，電學(xué)實(shí)驗(yàn)中的數(shù)據(jù)測(cè)量，核心問題是電表有內(nèi)阻的情況下，儀表如何連接，如何改裝，如何提高測(cè)量精度。如：2014全國卷Ⅱ、2017全國卷Ⅰ涉及電流表接法；2015全國卷Ⅰ、2018全國卷Ⅱ涉及改裝電流表；2016全國卷Ⅰ、2017全國卷Ⅱ、2021年全國甲卷涉及改裝電壓表；2017全國卷Ⅲ涉及改裝多用電表。

2.3 加強(qiáng)對(duì)電阻測(cè)量的復(fù)習(xí)

電學(xué)實(shí)驗(yàn)的核心是測(cè)量電阻。測(cè)電路中元件的電阻，方法有：伏安法、等效替代法、電流(電壓)半偏法、電橋法等，考生要利用部分電路歐姆定律推導(dǎo)出被測(cè)電阻的函數(shù)表達(dá)式，或根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)計(jì)算出被測(cè)電阻。如：2017全國卷Ⅰ，2018全國卷Ⅲ，涉及利用電表測(cè)電阻；2018全國卷Ⅰ，涉及等效替代法測(cè)電阻；2015全國卷Ⅱ，2016全國卷Ⅱ，涉及半偏法測(cè)電阻；2017全國卷Ⅱ，涉及電橋電路測(cè)電阻。測(cè)電源的內(nèi)阻，方法有：伏安法、安阻法、伏阻法等，考生要利用閉合電路歐姆定律推導(dǎo)出內(nèi)阻的函數(shù)表達(dá)式，結(jié)合對(duì)應(yīng)的圖像，明確斜率和截距的物理意義，用圖像法求出電源的內(nèi)阻，該類型很好地考查考生應(yīng)用數(shù)學(xué)處理物理問題的能力，難度較大。如：2017全國卷Ⅰ，2021年全國乙卷。

2.4 加強(qiáng)對(duì)數(shù)據(jù)記錄、分析和處理的復(fù)習(xí)

數(shù)據(jù)采集、記錄數(shù)據(jù)、分析和處理數(shù)據(jù)、得出結(jié)論，是考生的一項(xiàng)基本實(shí)驗(yàn)技能。如何記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)？如：不同的電表按照不同規(guī)則進(jìn)行讀數(shù)和記錄，題中明確要求保留幾位小數(shù)或幾位有效數(shù)字。處理數(shù)據(jù)主要方法有：列表法、計(jì)算法、平均值法、圖像法等。圖像法最直觀，容易判斷物理量之間線性或非線性關(guān)系，要理解圖像的斜率與坐標(biāo)軸交點(diǎn)的物理意義。如：2018全國卷Ⅰ，2021年全國乙卷，涉及利用圖像處理數(shù)據(jù)，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)是深化課程改革的目標(biāo)，高考命題承擔(dān)推進(jìn)課程改革的使命，落實(shí)“立德樹人”工作。教師應(yīng)關(guān)注并研究高考試題的特點(diǎn)及變化，探尋高考備考的有效方法，重視學(xué)生關(guān)鍵能力的培養(yǎng)，提高學(xué)生物理學(xué)科素養(yǎng)，讓學(xué)生在高考中發(fā)揮最佳水平。