基礎與能力兼顧 落實物理核心素養(yǎng)
——2021年全國甲卷電學實驗題賞析及啟示

洪英蘭

(福建省三明市第二中學 365000)

基金項目：本文系福建省教育科學“十三五”規(guī)劃課題“在山區(qū)高中實施物理創(chuàng)新教學的策略與實踐研究”(課題編號：FJJKXB20-702)的階段性研究成果.

《高考考試大綱》要求考查物理的5種能力：理解能力、推理能力、分析綜合能力、應用數(shù)學處理物理問題能力、實驗能力.2021年全國甲卷電學實驗題內容豐富，對考生的綜合能力要求較高，試題重視實驗的基礎性、實驗素養(yǎng)等關鍵能力，很好地考查考生“科學探究”素養(yǎng)，對高中物理實驗教學和高考電學實驗復習具有積極導向作用.

1 2021年全國甲卷實驗題賞析及啟示

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

小燈泡(額定電壓2.5V，額定電流0.3A)

電壓表(量程300mV，內阻300Ω)

電流表(量程300mA，內阻0.27Ω)

定值電阻R0

滑動變阻器R1(阻值0-20Ω)

電阻箱R2(最大阻值9999.9Ω)

電源E(電動勢6V，內阻不計)

開關S、導線若干.

完成下列填空：

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

(2)閉合開關前，滑動變阻器的滑片應置于變阻器的____(填“a”或“b”)端；

(3)在流過電流表的電流較小時，將電阻箱R2的阻值置零，改變滑動變阻器滑片的位置，讀取電壓表和電流表的示數(shù)U、I，結果如圖2所示.當流過電流表的電流為10mA時，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對應于小燈泡兩端的電壓為3V，該同學經計算知，應將R2的阻值調整為____Ω.然后調節(jié)滑動變阻器R1，測得數(shù)據(jù)如下表所示：

U/mV24.046.076.0110.0128.0152.0184.0216.0250.0I/mA140.0160.0180.0200.0220.0240.0260.0280.0300.0

(5)由圖2和上表可知，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，測量小燈泡工作時的實際電壓U與電流I，利用U-I圖像和列表法求小燈泡實際電阻和實際功率.命題者創(chuàng)設情境：提供電壓表的2個參數(shù)(電壓與電阻)，讓考生分析并判斷，因電壓表量程太小，需要改裝擴大量程；因電壓表內阻遠大于小燈泡電阻，不考慮電壓表的分流作用；讓考生應用串聯(lián)電路的特點與歐姆定律等知識解決問題，考查考生對基本概念和規(guī)律的理解，很好地實現(xiàn)了試題的選拔功能.

啟示試題沒有復雜的背景，對知識點覆蓋全面，設問層層遞進,具有很強“選拔性”功能.分析清楚電路的結構是解題的前提，理解實驗原理是解題的關鍵，試題創(chuàng)新度較高，考生要把熟悉模型進行遷移，要利用串并聯(lián)電路、歐姆定律等基本原理，對電表進行改裝，會利用題中測量的數(shù)據(jù)進行相關問題計算.試題很好地考查考生的邏輯思維和運用數(shù)學處理數(shù)據(jù)等能力，很好落實物理學科的學科素養(yǎng).

2 教學建議

電學實驗內容豐富，考查比較綜合全面，對考生的綜合能力要求較高， 從歷年考生反饋：實驗是考生失分較多的題目，得分率相對偏低，因此電學實驗教學和高三備考的過程中，師生要注重電學實驗的基本知識、基本方法，找出規(guī)律，進行歸類整理，要引導學生進行實驗拓展創(chuàng)新和變式訓練，培養(yǎng)學生科學思維能力，在備考復習中要有針對性和實效性.

2.1 重視基礎實驗，提高實驗技能

考綱要求考生掌握5個基礎電學實驗(見表1)，考生要能獨立完成實驗，要在實驗過程中提高發(fā)現(xiàn)問題、解決問題等能力，提升物理學科素養(yǎng).

表1 實驗內容與實驗技能

高考試題在基礎實驗上進行變換、組合、改進、創(chuàng)新與拓展，考生要對基礎實驗原理理解透徹，對電學儀器構造、性能、原理等了如指掌，就能熟練使用、讀數(shù)，不斷提高實驗動手能力、提高基本的實驗技能.

2.2 加強對實驗電路的復習

電學實驗電路主要由控制電路和測量電路組成.控制電路涉及到滑動變阻器限流式和分壓式的接法，起到調節(jié)電路中的電壓和電流.如:2021全國甲卷，2016全國Ⅰ卷、2017全國Ⅱ卷、2018全國Ⅰ卷,考生只要熟悉兩種接法的優(yōu)缺點，結合實驗要求，進行正確儀器連接，問題便可迎刃而解.測量電路主要由被測元件、電流表、電壓表、電阻箱(定值電阻)等構成，電學實驗中的數(shù)據(jù)測量，核心問題是電表有內阻的情況下，儀表如何連接，如何改裝，如何提高測量精度.如：2014全國Ⅱ卷、2017全國Ⅰ卷涉及電流表接法；2015全國Ⅰ卷、2018全國Ⅱ卷涉及改裝電流表；2016全國Ⅰ卷、2017全國Ⅱ卷、今年全國甲卷涉及改裝電壓表；2017全國Ⅲ卷涉及改裝多用電表.

2.3 加強對電阻測量的復習

電學實驗的核心是測量電阻.測電路中元件的電阻，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出被測電阻的函數(shù)表達式，或根據(jù)測量數(shù)據(jù)運用數(shù)學計算出被測電阻.如：2017全國I卷，2018全國Ⅲ卷,涉及利用電表測電阻；2018全國Ⅰ卷, 涉及等效替代法測電阻；2015全國Ⅱ卷，2016全國Ⅱ卷, 涉及半偏法測電阻；2017全國Ⅱ卷, 涉及電橋電路測電阻.測電源的內阻，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出內阻的函數(shù)表達式，結合對應的圖像，明確斜率和截距的物理意義，用圖像法求出電源的內阻，該類型很好的考查考生應用數(shù)學處理物理問題，難度較大.如：2017全國Ⅰ卷,今年全國乙卷.

2.4 加強對數(shù)據(jù)記錄、分析和處理的復習

數(shù)據(jù)采集、記錄數(shù)據(jù)、分析和處理數(shù)據(jù)、得出結論，是考生的一項基本實驗技能.如何記錄實驗數(shù)據(jù)？如：不同的電表按照不同規(guī)則進行讀數(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，2017全國Ⅰ卷、Ⅱ卷、Ⅲ卷，2018全國Ⅰ卷、Ⅱ卷涉及數(shù)據(jù)的記錄.處理數(shù)據(jù)主要方法有：列表法、計算法、平均值法、圖像法等.圖像法直觀，容易判斷物理量之間線性或非線性關系，要理解圖像的斜率與坐標軸交點物理意義.如：2018全國Ⅰ卷，2021年全國乙卷，涉及利用圖像處理數(shù)據(jù)，得出實驗結論.

發(fā)展學生的核心素養(yǎng)是深化課程改革的目標，高考命題承擔推進課程改革的使命，落實“立德樹人”任務.教師關注并研究高考試題的特點及變化，探尋高考備考的有效方法，重視學生關鍵能力的培養(yǎng)，提高學生物理學科素養(yǎng)，讓學生在高考中發(fā)揮最佳水平.