核心素養(yǎng)下的電學(xué)實驗題分析

何錦興

【摘要】? 為了落實核心素養(yǎng)的要求，近年高考從知識立意到能力立意再過度到核心素養(yǎng)立意考查。本文以近年電學(xué)實驗中關(guān)于小電珠U-I圖像實際應(yīng)用的考查為例，探究這類題型變化的方向及解題的思路，獲得一些落實核心素養(yǎng)的啟示，以供探討。

【關(guān)鍵詞】? 核心素養(yǎng) U-I圖像 伏安特性曲線 電功率 小電珠

【中圖分類號】? G633.7 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文獻標識碼】? A 【文章編號】? 1992-7711（2020）05-064-02

科學(xué)素養(yǎng)是核心素養(yǎng)的重要組成部分，“創(chuàng)新精神，實踐能力，解決實際問題的能力”又是科學(xué)素養(yǎng)的核心。學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)重在自然學(xué)科，基礎(chǔ)學(xué)科，物理作為一門實踐性很強的自然學(xué)科，對培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力，實踐能力發(fā)揮著非常重要的作用。

高考，作為一個選拔人才的高地，物理題目也是越來越重視對實際問題解決能力的考查。電學(xué)實驗中小燈泡電阻會隨著實際工作電壓的變化而變化，進而引起電功率的變化，求解其實際功率時不能簡單的套用公式P=I2R或者P=U²/R.解決這類問題的關(guān)鍵在于利用U-I圖像確定小電珠的工作點（工作電壓、工作電流）。對小電珠實際功率的考查既反映出學(xué)生的分析能力、解決問題能力及創(chuàng)新能力，又反映出教學(xué)過程中落實科學(xué)素養(yǎng)的效果，已成為近年高考考查的重點，先以一道簡單的練習(xí)題為例。

例題1：如圖所示，已知小電珠的伏安特性曲線，當用這只小電珠直接與電動勢為3 V、內(nèi)阻為1 Ω的電源組成閉合回路，問小電珠的功率多少？

解析：小電珠兩端電壓就是路端電壓，流過電源的電流就是小電珠的電流，解題的關(guān)鍵在于要明確小電珠兩端的電壓即路端電壓，需找到路端電壓與流過小電珠電流之間的關(guān)系：U=E-Ir即U=-I+3，?。↖=0，U=3V），（I=0.5A，U=2.5V）在圖上畫出路端電壓隨電流的變化關(guān)系圖，與小電珠伏安特性曲線的交點（0.50A，2.50V）就是小電珠的工作電壓，工作電流，所以P=UI=1.25 W.

圖1

從這道題目可以看出，考查的知識點是書本中關(guān)于路端電壓隨電流變化的這一核心知識，題目的條件會千變?nèi)f化，要從問題看本質(zhì)，要追根溯源，找到閉合電路歐姆定律這一核心知識，找到源，問題就容易解決了。解題時應(yīng)牢牢的抓住解決問題的核心主干知識，其方法如圖2所示：

圖2

2017年全國乙卷電學(xué)實驗第（3）問在此知識點考查上有所變化，更貼近物理知識的生活情境化，突出考查學(xué)生知識遷移的能力，解決實際問題的能力，落實核心素養(yǎng)的情況，題目具有較強的選拔理科尖子生的功能。

例題3：（2017·高考全國卷乙）某同學(xué)研究小燈泡的伏安特性.所使用的器材有：小燈泡L（額定電壓3.8V，額定電流0.32A）;電壓表V（量程3V，內(nèi)阻3kΩ）;電流表A（量程0.5A，內(nèi)阻0.5Ω）;固定電阻R0（阻值1000Ω）;滑動變阻器R（阻值0～9.0Ω）;電源E（電動勢5V，內(nèi)阻不計）;開關(guān)S;導(dǎo)線若干。

圖3

（3）用另一電源E0（電動勢4 V，內(nèi)阻1.00 Ω）和題給器材連接成圖（b）所示的電路，調(diào)節(jié)滑動變阻器R的阻值，可以改變小燈泡的實際功率。閉合開關(guān)S，在R的變化范圍內(nèi)，小燈泡的最小功率為____ W，最大功率為____W（結(jié)果均保留2位小數(shù)）。

解析：這道題第三問考查的就是對小電珠伏安特性以及對閉合電路歐姆定律的理解，包含3個重要的考點：

1.小電珠金屬絲的電阻率隨溫度的增加而增大，也就是在不同電壓下阻值不同，進而功率不同，要確定其實際功率，必須確定其工作電壓;

2.閉合電路的歐姆定律：U=E-Ir;

3.由p=I2R和小燈泡的伏安特性曲線可知：I越大，小燈泡R越大，P越大

把路端電壓隨電流的變化關(guān)系圖這一知識遷移過來，那問題就迎刃而解了。

當R=9Ω， I最小，小電珠的電阻也最小，功率最小，此時小燈泡兩端的電壓U=E-I（R+r）=4-10I 即I=■U+0.4，畫出其I-U圖像I，與小燈泡伏安特性

曲線的交點就是其工作電壓，工作電流（U1=1.75V，I1=0.225A），所以Pmin=U1I1=1.75×0.225 W≈0.39 W.

圖4

當R=0Ω，I最大，小電珠的電阻也最大，功率最大，此時小燈泡兩端的電壓U=E-Ir=4-I 即I=-U+4，畫出其I-U圖像II，與小燈泡伏安特性曲線的交點就是其工作電壓，工作電流（U2=3.68V，I2=0.318A），所以Pmax=U2I2=3.68×0.318 W≈1.17 W.

這道題檢驗了考生是否真正的理解導(dǎo)體伏安特性及路端電壓隨電流變化這兩曲線所反映的物理規(guī)律，更考查了在新情境下是否具有臨時的應(yīng)變能力及創(chuàng)新精神，有較強的區(qū)分度，體現(xiàn)了學(xué)科素養(yǎng)的要求：科學(xué)思維，實驗探究。

以上兩道確定小電珠工作電壓考題目對教學(xué)的啟示：

1.從以上考題我們可以看出，這類題目都是著重考查學(xué)生對路端電壓與電流關(guān)系圖像（U-I圖像）和導(dǎo)體伏安特性曲線的理解和運用，U-I圖像把導(dǎo)體的伏安特性和電源外電路的特征聯(lián)系在了一起，是“物理觀念”這一物理學(xué)科素養(yǎng)內(nèi)在要求。平時的授課既要重視實驗的過程，讓學(xué)生親自動手實驗獲得感性認識，又要幫助學(xué)生著重理解兩圖像的內(nèi)在聯(lián)系與區(qū)別，讓學(xué)生獲得理性的認識，只有這樣才能幫助學(xué)生更好的理解“導(dǎo)體伏安特性”這一物理觀念。

2.知識點是固化的，但條件、情景千變?nèi)f化，電學(xué)實驗題平時應(yīng)以知識點為核心，演變多種條件，引導(dǎo)學(xué)生思考，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力，應(yīng)變能力，實驗探究及創(chuàng)新能力。

3.解決電學(xué)實驗題時一定要牢牢抓住題目的核心知識不變這一思想.把核心知識、方法進行總結(jié)和歸納是提高能力的首要保證。掌握方法之后輔以一定量的變式訓(xùn)練，使學(xué)生的科學(xué)思維得到充分的鍛煉，達到知識和方法的統(tǒng)一內(nèi)化。

研究歷年的高考實驗電學(xué)題，抓住題目的核心知識，平常復(fù)習(xí)訓(xùn)練時加以強化和變化，有助于不斷的提高學(xué)生的思維能力和解決實際問題的能力，進一步提高學(xué)生的物理學(xué)科素養(yǎng)，落實核心素養(yǎng)的要求.同時研究歷年相似的高考題對把握高考改革的方向，知識點的考查具有重要的指導(dǎo)意義。

[ 參? 考? 文? 獻 ]

[1]林崇德.《21世紀學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)研究》[M].北京：北京師范大學(xué)出版社，2016：1.

[2]魏佳兵.《一道電學(xué)實驗題最佳求解的探究》[J].物理教師，2010（03）.