靈活運用物理原理與方法 提升學(xué)科核心素養(yǎng)

摘 要：對2019年高考理綜新課標(biāo)卷Ⅲ物理第23題評析，分析試題的特點及創(chuàng)新之處，并對考查的知識進行拓展，提出教學(xué)建議。

關(guān)鍵詞：試題評析;拓展延伸;教學(xué)建議

一、 試題及其解析

【原題】 某同學(xué)欲將量程為100μA，內(nèi)阻為 98.5Ω的電流表改裝成歐姆表并進行刻度和校準(zhǔn)，要求改裝后電流表表盤的50μA刻度正好對應(yīng)歐姆表的15kΩ刻度。提供以下可選用的器材：干電池（E=1.5V，r=1.5Ω），電阻箱（0～99999.9Ω），定值電阻R0（阻值14kΩ），滑動變阻器R1（最大阻值500Ω），滑動變阻器R2（最大阻值1500Ω）紅、黑表筆和導(dǎo)線若干。

（1）歐姆表設(shè)計

某同學(xué)先將圖（a）中的實物連線組成歐姆表。歐姆表改裝好后，滑動變阻器R接入電路的電阻應(yīng)為? ?Ω：滑動變阻器選? ?（填“R1”或“R2”）。

（2）刻度歐姆表表盤

通過計算，對整個表盤進行電阻刻度，如圖（b）所示。表盤上a、b處的電流刻度分別為25和75，則a、b處的電阻刻度分別為。

（3）校準(zhǔn)

先將紅、黑表筆短接，調(diào)節(jié)滑動變阻器R2，使歐姆表指針指向kΩ處;再將紅、黑表筆與電阻箱連接，記錄多組電阻箱接入電路的電阻值及歐姆表上對應(yīng)的測量值，完成校準(zhǔn)數(shù)據(jù)測量。若校準(zhǔn)某刻度時，電阻箱旋鈕位置如圖（c）所示，則電阻箱接入的阻值為Ω。

【解析】 （1）由題意可知當(dāng)兩表筆間接入15kΩ的電阻時，電流表示數(shù)為50μA，由閉合電路歐姆定律得Ig2=ER+Rg+R0+r+Rx，代入數(shù)據(jù)解得R=900Ω，所以滑動變阻器應(yīng)選擇R2。

（2）設(shè)a、b處的電阻刻度分別為R3、R4，當(dāng)電流為 25μA 時，有Ig4=ER2+Rg+R0+r+R3，解得R3=45kΩ。當(dāng)電流為75μA時，有3Ig4=ER2+Rg+R0+r+R4，解得R4=5kΩ。

（3）在歐姆表的使用過程中，先將紅黑表筆短接，調(diào)節(jié)滑動變阻器，使歐姆表指針指向0kΩ處。正確讀出電阻箱的讀數(shù)為35kΩ。

二、 試題評價

本題源于魯科版教材《物理》3-1第77頁多用電表的原理。主要考查將電流表改造成歐姆表，并對其進行刻度和校準(zhǔn)，在考查知識的同時，注重對歐姆表原理與方法核心素養(yǎng)的考查，要求考生理解實驗原理與方法后，在題目提示下完善科學(xué)探究方案，能通過題中所給數(shù)據(jù)，用學(xué)過的閉合電路歐姆定律等物理知識解決滑動變阻器的選擇和歐姆表表盤電阻刻度的標(biāo)定問題，并能正確使用電阻箱對歐姆表上對應(yīng)的測量值完成校準(zhǔn)數(shù)據(jù)測量。試題第①問凸顯命題老師用連線的方式考查學(xué)生，相對往年試題紅黑表筆接在哪里更有難度。

第②問設(shè)問巧妙，要求考生在明確原理的基礎(chǔ)上進行數(shù)據(jù)處理，從而進行表盤刻度。第③問的校準(zhǔn)過程，巧妙地考查歐姆表的操作實踐過程，同時又考查電阻箱的讀數(shù)。突出對基本知識和基本技能的考查，有助于改變電學(xué)實驗片面求深、求難的教學(xué)現(xiàn)狀。

三、 試題拓展和遷移

1. 小明同學(xué)在學(xué)完《多用電表的原理與使用》后自制一個簡易歐姆表。電路如圖甲所示，尚未標(biāo)注電阻刻度值。其中毫安表的滿偏電流Ig=5mA、內(nèi)阻Rg=20Ω。

（1）小明同學(xué)用如下實驗步驟測量圖甲中電源的電動勢E：

①將紅、黑兩表筆短接，調(diào)節(jié)滑動變阻器R0使毫安表指針達到滿偏;

②將紅、黑表筆接在阻值為200Ω的電阻之間，毫安表指針此時位置如圖乙所示，該讀數(shù)為mA;

③由①②步驟計算得出電源的電動勢E=V。

（2）接著，他在滿偏電流為5.00mA的位置標(biāo)上0Ω，在電流為2.00mA的位置標(biāo)上? ?Ω，并在其他電流的位置標(biāo)上相應(yīng)的電阻刻度值。

（3）小明同學(xué)為了減小電池老化帶來的誤差，他巧妙地利用一個電壓表對原電阻刻度值進行修正。具體步驟為：將歐姆表的紅、黑表筆短接，調(diào)節(jié)滑動變阻器R0使指針達到滿偏電流5mA;再將電壓表接在兩表筆之間，此時歐姆表示數(shù)為1200Ω，電壓表示數(shù)為1.16V，則電壓表的內(nèi)阻為Ω，原電阻刻度值300Ω應(yīng)修改為Ω。

評析：拓展試題與高考原題有相似之處，都是考查制作簡易歐姆表，并對表盤進行歐姆刻度。但拓展試題考查角度及能力要求等方面比高考題有所提高。主要表現(xiàn)在以下幾個方面：（1）拓展試題第①問增加了電流表的讀數(shù)，要兩次利用閉合電路歐姆定律聯(lián)立方程求解電動勢，能力要求有所提高。（2）拓展試題第③問，將高考試題用電阻箱對歐姆刻度的校對改為巧妙地利用一個電壓表對原電阻刻度值進行修正，要求學(xué)生會利用閉合電路歐姆定律進行計算，計算出原電阻刻度值300Ω應(yīng)修改為290Ω，能力要求大大提高。

2. 小明同學(xué)在學(xué)完《多用電表的原理與使用》后自制一個測量小電阻的歐姆表。設(shè)計電路如圖所示。其中表頭G的量程Ig=600μA、內(nèi)阻Rg=500Ω，干電池的電動勢E=1.5V、內(nèi)阻r=0.5Ω，R1為滑動變阻器，Rx為被測電阻。

（1）小明同學(xué)先將表頭G與定值電阻R0并聯(lián)，改裝成一個量程為0.3A的電流表，改裝后電流表的內(nèi)阻R′g=Ω。

（2）小明同學(xué)將紅、黑表筆與被測電阻Rx斷開，閉合開關(guān)S，調(diào)節(jié)滑動變阻器R1，使表頭G指針達到滿偏電流600μA。

（3）保證R1阻值不變，將紅、黑表筆接在Rx兩端，接入不同的Rx時，表頭G指針偏轉(zhuǎn)的角度不同，這樣對應(yīng)一個表頭G的電流值就對應(yīng)一個定值電阻。因此可以把表頭G表盤的電流刻度改成相對應(yīng)的電阻刻度，就可以用來測量電阻的大小，則原表頭G表盤電流刻度0μA處對應(yīng)的電阻刻度值應(yīng)為Ω，300μA處對應(yīng)的電阻刻度值R比R′g（填“大”或“小”）。

（4）假設(shè)干電池使用一段時間后，內(nèi)電阻r變大，但電動勢E幾乎不變，小明同學(xué)重新進行步驟（2）后，再用該歐姆表去測電阻，則測量值R′x與被測電阻的真實阻值Rx相比（填“偏大”“偏小”或“不變”）。

評析：拓展試題與高考試題最大的區(qū)別在于電阻表盤刻度的區(qū)別。高考試題的電阻表盤刻度是電阻零刻度對應(yīng)在電流表電流滿偏的位置，拓展試題的電阻表盤刻度是電阻零刻度對應(yīng)在電流表為零的位置，同時本題把電流半偏法測電阻的誤差分析也巧妙地融合進去，只有學(xué)生真正理解實驗原理才能完成實驗，能力要求也大大提高。

四、 教學(xué)建議

近幾年高考對多用電表的考查試題很多，因此在高三備考復(fù)習(xí)中要重點復(fù)習(xí)以下幾個方面：1. 多用電表的原理。2. 多用電表的讀數(shù)。3. 歐姆表表盤設(shè)計、刻度歐姆表表盤、校準(zhǔn)、誤差分析。4. 多用電表的操作實踐。

作者簡介：

胡冰琳，福建省龍巖市，福建省連城縣第一中學(xué)。