安徽 徐建強(qiáng) 左開(kāi)發(fā)

高考物理試題起著引領(lǐng)高中物理教學(xué)的作用，以伏安法測(cè)電阻為例，應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生去理解內(nèi)接法、外接法選擇的依據(jù)，掌握誤差分析的方法，避免出現(xiàn)不做實(shí)驗(yàn)而死記“大內(nèi)大、小外小”等片面結(jié)論的現(xiàn)象。本文通過(guò)兩個(gè)思路對(duì)比分析2022年高考全國(guó)乙卷第23題的電學(xué)實(shí)驗(yàn)，提出在新課改下電學(xué)實(shí)驗(yàn)試題應(yīng)采用真實(shí)的數(shù)據(jù)情境，讓認(rèn)真做實(shí)驗(yàn)的學(xué)生得到更高的分?jǐn)?shù)，進(jìn)而促進(jìn)中學(xué)教學(xué)重視做實(shí)驗(yàn)而不是空口講實(shí)驗(yàn)，使真實(shí)情境化的試題能更好地考查學(xué)生的探究能力、創(chuàng)新能力，有效落實(shí)核心素養(yǎng)。

一、真題再現(xiàn)

一同學(xué)探究阻值約為550 Ω的待測(cè)電阻Rx在0～5 mA 范圍內(nèi)的伏安特性。可用器材有：電壓表(量程為3 V，內(nèi)阻很大)，電流表(量程為1 mA，內(nèi)阻為300 Ω)，電源E(電動(dòng)勢(shì)約為4 V，內(nèi)阻不計(jì))，滑動(dòng)變阻器R(最大阻值可選10 Ω或1.5 kΩ)，定值電阻R0(阻值可選 75 Ω 或150 Ω)，開(kāi)關(guān)S，導(dǎo)線若干。

(1)要求通過(guò)Rx的電流可在0～5 mA范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，在圖1中將所示的器材符號(hào)連線，畫(huà)出實(shí)驗(yàn)電路的原理圖；

圖1

(2)實(shí)驗(yàn)時(shí)，圖1中的R應(yīng)選最大阻值為_(kāi)_______(填“10 Ω”或“1.5 kΩ”)的滑動(dòng)變阻器，R0應(yīng)選阻值為_(kāi)_______(填“75 Ω”或“150 kΩ”)的定值電阻；

(3)測(cè)量多組數(shù)據(jù)可得Rx的伏安特性曲線。若在某次測(cè)量中，電壓表、電流表的示數(shù)分別如圖2和圖3所示，則此時(shí)Rx兩端的電壓為_(kāi)_______V，流過(guò)Rx的電流為_(kāi)_______mA，此組數(shù)據(jù)得到的Rx的阻值為_(kāi)_______ Ω。(保留3位有效數(shù)字)

圖2

圖3

二、試題解析

圖4

圖5

三、問(wèn)題再思考

對(duì)比以上兩種不同分析思路發(fā)現(xiàn)，測(cè)得的電阻值差別很大，因此不可等同。有同仁認(rèn)為思路一比較合理，理由有四：其一題中說(shuō)明電壓表內(nèi)阻很大，可近似為理想電壓表；第二采用電流表外接法在記錄Rx電壓值方面比較簡(jiǎn)單；第三計(jì)算結(jié)果548 Ω與題中所給約為550 Ω比較接近；最后題圖1中所給電壓表與待測(cè)電阻并排且與電流表在同一直線上，則揣測(cè)命題者意圖應(yīng)該考查電流表外接法。由于官方?jīng)]有給出具體答案，對(duì)此筆者不敢茍同。

四、試題改編

基于以上分析，為了更好地優(yōu)化試題，使其更加符合高中物理實(shí)驗(yàn)條件，避免出現(xiàn)爭(zhēng)議，筆者建議試題可以作出三點(diǎn)改動(dòng)，其一建議去掉電壓表“內(nèi)阻很大”這一條件，其二探究阻值約為550 Ω的待測(cè)電阻改其阻值約為500 Ω，其三去掉圖1。具體試題呈現(xiàn)如下：

一同學(xué)探究阻值約為500 Ω的待測(cè)電阻Rx在0～5 mA 范圍內(nèi)的伏安特性?？捎闷鞑挠校弘妷罕?量程為3 V)，電流表(量程為1 mA，內(nèi)阻為300 Ω)，電源E(電動(dòng)勢(shì)約為4 V，內(nèi)阻不計(jì))，滑動(dòng)變阻器R(最大阻值可選10 Ω 或1.5 kΩ)，定值電阻R0(阻值可選75 Ω或150 Ω)，開(kāi)關(guān)S，導(dǎo)線若干。

(1)要求通過(guò)Rx的電流可在0～5 mA范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，在圖6中虛線框內(nèi)畫(huà)出實(shí)驗(yàn)電路的原理圖；

圖6

(2)實(shí)驗(yàn)時(shí)，滑動(dòng)變阻器R應(yīng)選最大阻值為_(kāi)_______(填“10 Ω”或“1.5 kΩ”)的滑動(dòng)變阻器，R0應(yīng)選阻值為_(kāi)_______(填“75 Ω”或“150 kΩ”)的定值電阻；

(3)測(cè)量多組數(shù)據(jù)可得Rx的伏安特性曲線。若在某次測(cè)量中，電壓表、電流表的示數(shù)分別如圖7和圖8所示，則此時(shí)Rx兩端的電壓為_(kāi)_______V，流過(guò)Rx的電流為_(kāi)_______mA，此組數(shù)據(jù)得到的Rx的阻值為_(kāi)_______Ω。(保留3位有效數(shù)字)

圖7

圖8

考生審閱改動(dòng)后的試題時(shí)，可知電流表通過(guò)改裝擴(kuò)大量程從而滿足0～5 mA的測(cè)量范圍，由于電壓表內(nèi)阻未知，而改裝后電流表內(nèi)阻60 Ω為已知量，為精確測(cè)量被測(cè)電阻的電壓值和電流值只能采取內(nèi)接法進(jìn)行電路圖的設(shè)計(jì)，如圖5所示。在內(nèi)接的條件下電壓表兩端的最大電壓測(cè)量值估算為5 mA×(500+60)Ω=2.8 V，不超電壓表的量程，驗(yàn)證了內(nèi)接法的合理性。去掉圖1可以更好地考查考生電路圖設(shè)計(jì)的基本能力和規(guī)范性，從而避免依據(jù)題干中實(shí)驗(yàn)器材的符號(hào)擺放位置進(jìn)行機(jī)械式的電路設(shè)計(jì)。針對(duì)改編試題的解析，請(qǐng)參照本文中試題解析部分。

五、教學(xué)啟示

截至目前，仍未得到官方給出的標(biāo)準(zhǔn)答案，若官方參考答案為圖4所示的外接法，合理之處在于采用了非常規(guī)的高中物理實(shí)驗(yàn)室中的電壓表進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，使得測(cè)量電流比較方便。若官方參考答案為圖5所示的內(nèi)接法，則可以看成是對(duì)當(dāng)前高中條件下的實(shí)驗(yàn)教學(xué)的引導(dǎo)。所以筆者認(rèn)為在具體閱卷時(shí)兩種設(shè)計(jì)方法均可給分。針對(duì)伏安法測(cè)電阻實(shí)驗(yàn)，一線教師應(yīng)該避免讓學(xué)生死記“大內(nèi)大、小外小”的套路，可以嘗試從內(nèi)接法和外接法的實(shí)質(zhì)出發(fā)，透析其物理核心本質(zhì)，切實(shí)有效地開(kāi)展實(shí)驗(yàn)教學(xué)，要讓學(xué)生走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，讓理論分析和實(shí)驗(yàn)操作真正融合在一起，使學(xué)生的科學(xué)探究素養(yǎng)真正落實(shí)。