江蘇 薛燕敏
全國新課標理綜卷電學實驗命題研讀與對策
江蘇 薛燕敏
把握命題特征,優(yōu)化備考策略。
實驗歷來是新課標高考命題創(chuàng)新度最大的題型之一,因為變化而棘手,如何應對?除了走進實驗室認真完成學生實驗外,還要認真研究考綱及新課標實驗命題特征,依此做出科學合理的復習方案,本文就以電學實驗為主,拋磚引玉,希望引起大家重視。
【例1】(2016·全國卷Ⅰ)現(xiàn)要組裝一個由熱敏電阻控制的報警系統(tǒng),要求當熱敏電阻的溫度達到或超過60℃時,系統(tǒng)報警。提供的器材有:熱敏電阻,報警器(內(nèi)阻很小,流過的電流超過Ic時就會報警),電阻箱(最大阻值為999.9Ω),直流電源(輸出電壓為U,內(nèi)阻不計),滑動變阻器R1(最大阻值為1 000Ω),滑動變阻器R2(最大阻值為2 000Ω),單刀雙擲開關一個,導線若干。
在室溫下對系統(tǒng)進行調(diào)節(jié),已知U約為18V,Ic約為10mA;流過報警器的電流超過20mA時,報警器可能損壞;該熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而減小,在60℃時阻值為650.0Ω。
(1)完成待調(diào)節(jié)的報警系統(tǒng)原理電路圖的連線。
圖1
(2)電路中應選用滑動變阻器_________(填“R1”或“R2”)。
(3)按照下列步驟調(diào)節(jié)此報警系統(tǒng):
①電路接通前,需將電阻箱調(diào)到一固定的阻值,根據(jù)實驗要求,這一阻值為________Ω;滑動變阻器的滑片應置于________(填“a”或“b”)端附近,不能置于另一端的原因是___________________________。
②將開關向________(填“c”或“d”)端閉合,緩慢移動滑動變阻器的滑片,直至________。
(4)保持滑動變阻器滑片的位置不變,將開關向另一端閉合,報警系統(tǒng)即可正常使用。
【解析】(1)電路如圖2所示。
圖2
報警器的電阻是650.0Ω,所以滑動變阻器阻值的取值范圍在250Ω到1 150Ω之間,因此滑動變阻器應該選R2。
(3)電阻箱代替報警器工作時的熱敏電阻,阻值應為650.0Ω,滑動變阻器剛開始應置于b端,若置于另一端,接通電源后,流過報警器的電流會超過20mA,報警器可能損壞;實驗調(diào)試時,將開關置于c端,緩慢調(diào)節(jié)滑動變阻器,直至報警器開始報警。
【答案】(1)連線圖見解析 (2)R2(3)①650.0b接通電源后,流過報警器的電流會超過20mA,報警器可能損壞 ②c報警器開始報警
【例2】(2016·全國卷Ⅲ)某同學用圖3中所給器材進行與安培力有關的實驗。兩根金屬導軌ab和a1b1固定在同一水平面內(nèi)且相互平行,足夠大的電磁鐵(未畫出)的N極位于兩導軌的正上方,S極位于兩導軌的正下方,一金屬棒置于導軌上且與兩導軌垂直。
圖3
(1)在圖中畫出連線,完成實驗電路。要求滑動變阻器以限流方式接入電路,且在開關閉合后,金屬棒沿箭頭所示的方向移動。
(2)為使金屬棒在離開導軌時具有更大的速度,有人提出以下建議:
A.適當增加兩導軌間的距離
B.換一根更長的金屬棒
C.適當增大金屬棒中的電流
其中正確的是________(填入正確選項前的標號)。
【解析】(1)限流式接法要求滑動變阻器接線時只能連接“一上一下”兩個接線柱;磁鐵N極位于上方,說明磁感線向下;開關閉合后,金屬棒往右運動,說明棒受到向右的安培力;由左手定則可知,電流應垂直紙面向外(ab指向a1b1);所以應按“電源正極→開關→滑動變阻器下接線柱→滑動變阻器上接線柱→電流表→ab→a1b1→電源負極”的順序連接回路。
【答案】(1)連線如圖4所示
圖4
(2)AC
【感悟】最近幾年新課標高考命題加強了與教材的聯(lián)系,如2012年測量磁感應強度源于教材后面的練習,加入了變阻器限流;2013卷Ⅱ改裝成多用電表、2015年卷Ⅰ改裝和校準毫安表源于教材正文和練習,增加了定量運算和有效數(shù)據(jù);2014年卷Ⅱ電阻測量源于老教材中的外接和內(nèi)接法;2016年卷Ⅲ安培力實驗源于教材演示實驗的變形,所以高考復習以本為本,教材中的各個欄目的設置都是長期教學經(jīng)驗積累的呈現(xiàn),要重視起來。
【例3】(2016·全國卷Ⅱ)某同學利用圖5所示電路測量量程為2.5V的電壓表的內(nèi)阻(內(nèi)阻為數(shù)千歐姆),可供選擇的器材有:電阻箱R(最大阻值99 999.9Ω),滑動變阻器R1(最大阻值50Ω),滑動變阻器R2(最大阻值5kΩ),直流電源E(電動勢3V),開關1個,導線若干。
圖5
實驗步驟如下:
①按電路原理圖5連接線路;
②將電阻箱阻值調(diào)節(jié)為0,將滑動變阻器的滑片移到與圖5中最左端所對應的位置,閉合開關S;
③調(diào)節(jié)滑動變阻器,使電壓表滿偏;
④保持滑動變阻器滑片的位置不變,調(diào)節(jié)電阻箱阻值,使電壓表的示數(shù)為2.00V,記下電阻箱的阻值。
回答下列問題:
(1)實驗中應選擇滑動變阻器_________(填“R1”或“R2”)。
(2)根據(jù)圖5所示電路將圖6中實物圖連線。
圖6
(3)實驗步驟④中記錄的電阻箱阻值為630.0Ω,若認為調(diào)節(jié)電阻箱時滑動變阻器上的分壓不變,計算可得電壓表的內(nèi)阻為________Ω(結(jié)果保留到個位)。
(4)如果此電壓表是由一個表頭和電阻串聯(lián)構(gòu)成的,可推斷該表頭的滿刻度電流為________(填正確答案標號)。
A.100μA B.250μA
C.500μA D.1mA
【解析】(1)實驗原理類比于半偏法測電表內(nèi)阻,電壓表所在支路的總電壓應該盡量不變化,即滑動變阻器選最大阻值小的,即選R1。
(2)如圖7所示
圖7
【答案】(1)R1(2)見解析圖 (3)2 520 (4)D
【感悟】實驗的原理、思想是實驗的靈魂,也是高考命題創(chuàng)新的立足點。像2015年卷Ⅱ中利用半偏法測量電壓表的內(nèi)阻以及例3,都巧妙地利用了串并聯(lián)電路、閉合電路的歐姆定律等,這些常用的思想方法及實驗技巧在上期中有詳細的敘述,請讀者自行查閱。
(作者單位:江蘇省江陰市第一中學)