加強電學(xué)實驗考查 發(fā)揮積極導(dǎo)向作用
——2019年高考理綜新課標(biāo)卷Ⅱ第23題評析與啟示

魏廷智

(寧夏六盤山高級中學(xué)，寧夏 銀川 750002)

基本實驗?zāi)芰蛯嶒炋骄磕芰κ歉呖嘉锢韺嶒災(zāi)芰疾榈闹饕獌?nèi)容．2019年高考理綜新課標(biāo)卷Ⅱ第23題,試題立足教材中的演示實驗和學(xué)生實驗,貼近教學(xué)實際又適度創(chuàng)新的測量性電學(xué)實驗,體現(xiàn)了電學(xué)實驗方法的多樣性、開放性、探究性的特點,為考生提供了思維發(fā)散的空間和探究的平臺,能很好地鑒別考生的實驗?zāi)芰挽`活運用物理知識解決新問題的能力．

1 試題展示

[2019年全國高考(新課標(biāo)Ⅱ卷)理綜第23題]某小組利用圖1(a)所示的電路,研究硅二極管在恒定電流條件下的正向電壓U與溫度t的關(guān)系,圖中V2為理想電壓表;R為滑動變阻器,R0為定值電阻(阻值100 Ω);S為開關(guān),E為電源．實驗中二極管置于控溫爐內(nèi),控溫爐內(nèi)的溫度t由溫度計(圖中未畫出)測出．圖1(b)是該小組在恒定電流為50.0 μA時得到的某二極管U-t關(guān)系曲線．回答下列問題:

(1) 實驗中,為保證流過二極管的電流50.0 μA,應(yīng)調(diào)節(jié)滑動變阻器R,使電壓表V1的示數(shù)為U1=________mV;根據(jù)圖1(b)可知,當(dāng)控溫爐內(nèi)的溫度t升高時,硅二極管正向電阻________(填“變大”或“變小”),電壓表V1示數(shù)________(填“增大”或“減小”),此時應(yīng)將R的滑片向________(填“A”或“B”)端移動,以使V1示數(shù)仍為U1．

(a)

(b)

2 試題分析

2.1 命題意圖

2019年高考理綜新課標(biāo)卷Ⅱ第23題保持電學(xué)實驗考查的基礎(chǔ)性、創(chuàng)新性．試題設(shè)計以能力立意,要求在理解實驗原理的基礎(chǔ)上,對實驗數(shù)據(jù)進行反思和評估．既考查滑動變阻器的正確使用、歐姆定律、閉合電路歐姆定律、電路的動態(tài)分析方法、硅二極管特性及U-t關(guān)系圖像的物理意義等基礎(chǔ)實驗知識,同時又考查從圖像獲取信息的能力、處理數(shù)據(jù)能力、推理能力和實驗探究能力．

2.2 試題特點

(1) 以物理學(xué)科素養(yǎng)為導(dǎo)向,突出電學(xué)實驗的基礎(chǔ)性.

閉合電路歐姆定律自2009年作為考綱Ⅱ類要求以來,考查形式主要結(jié)合電學(xué)實驗進行．2019年高考理綜新課標(biāo)卷Ⅱ第23題基于教材二極管應(yīng)用的實際情景設(shè)計,突出電學(xué)實驗的基礎(chǔ)性,例如導(dǎo)體的電阻、小燈泡的伏安特性、電源電動勢和內(nèi)阻等測量性實驗的基本特征．題目圍繞閉合電路歐姆定律這一核心內(nèi)容,考查歐姆定律、串并聯(lián)電路的基本規(guī)律、特點等基礎(chǔ)知識以及電路的動態(tài)分析等問題．試題遵從考綱和課標(biāo)的要求,有效引導(dǎo)高中物理實驗教學(xué)中,需要更好地幫助學(xué)生對物理基本概念和規(guī)律的理解,促進物理觀念的形成和發(fā)展．

(2) 增強開放性和探究性,彰顯電學(xué)實驗?zāi)芰?

2019年高考理綜新課標(biāo)卷Ⅱ第23題突出實驗?zāi)芰Φ目疾?試題本質(zhì)上是基于傳感器元件(溫敏二極管)在特定條件下(電流為50.0 μA保持不變)的一個測量性電學(xué)實驗．體現(xiàn)了電學(xué)實驗的基礎(chǔ)性,又突破了常規(guī),題目通過學(xué)生熟悉的硅二極管,探究在恒定電流條件下硅二極管的正向電壓與溫度的關(guān)系(U-t圖像),既引導(dǎo)高中物理教學(xué)開好實驗課,激發(fā)學(xué)生探究意識,同時又促進學(xué)生實驗操作能力和實踐能力的培養(yǎng)．

(3) 注重基本實驗技能、實驗原理分析問題的能力.

滑動變阻器作為電學(xué)實驗中必備的電學(xué)元件,熟練包括滑動變阻器在內(nèi)的諸多電學(xué)儀器的構(gòu)造、作用和正確使用以及電路連接,是一個高中生必須具備的基本技能.這種基本技能又必須在平常的實驗中練就.卷Ⅱ第23題中,從考慮節(jié)約電能的角度,滑動變阻器選用限流式接法,正是滑動變阻器補償了因控溫爐內(nèi)溫度的變化引起硅二極管正向電阻的變化,保證流過二極管的電流始終為50.0 μA保持不變這一條件．通過滑動變阻器滑片,閉合回路發(fā)生動態(tài)變化,通過動態(tài)分析,確定電路中負載上各個物理量的變化情況,引導(dǎo)學(xué)生從“解題”向“解決問題”轉(zhuǎn)變,有利于培養(yǎng)學(xué)生綜合能力和創(chuàng)新思維．

2.3 解題技巧

(1) 為保證流過二極管的電流為50.0 μA,電壓表V1的示數(shù)為U1=I1·R0=50.0×10-6×100 V=5.00 mV;硅二極管是溫度敏感器件,當(dāng)控溫爐內(nèi)的溫度t升高時,由于流過回路中的電流50.0 μA保持不變,由圖1(b)可知,U2的示數(shù)減小,所以硅二極管正向電阻變小;當(dāng)控溫爐內(nèi)的溫度t升高時,硅二極管正向電阻變小,通過硅二極管的電流增大,也就是說,回路中電流增大,由U1=I1R0可知,R0兩端的電壓升高,即電壓表V1示數(shù)增大(或根據(jù)動態(tài)電路 “串反并同”的特性判定);因為總電阻減小,應(yīng)該將R的滑片向B端移動,增大滑動變阻器的電阻才能維持電流為50.0 μA保持不變,以使V1示數(shù)仍為U1．

答案: (1) 5.00; 變小; 增大;B; (2) 2.8×10-3V/℃.

3 教學(xué)啟示

2019年高考理綜新課標(biāo)卷Ⅱ電學(xué)實驗試題的設(shè)計,體現(xiàn)了測量性實驗在電學(xué)實驗中的重要地位．試題在伏安法測量導(dǎo)體的電阻、小燈泡的伏安特性、電源電動勢和內(nèi)阻等測量性實驗基礎(chǔ)上,增強了開放性、探究性和創(chuàng)新性,充分發(fā)揮了高考育人功能和積極的導(dǎo)向作用,助推中學(xué)物理電學(xué)實驗教學(xué)的變革．

3.1 重視基礎(chǔ)實驗、基本操作技能

物理學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的自然學(xué)科,也是一門崇尚理性、重視邏輯推理的科學(xué)．2019年高考理綜新課標(biāo)卷Ⅱ電學(xué)實驗的考查試題,充分說明實驗是其他任何方式都無法替代的物理學(xué)習(xí)方式．在實驗環(huán)境中,指導(dǎo)正確使用儀器、實際的操作、調(diào)整實驗裝置和測量與計算,使學(xué)生領(lǐng)悟到物理學(xué)科是以實驗為基礎(chǔ)的真諦,不斷提高實驗動手能力、提高基本的實驗技能．

3.2 加強實驗探究能力培養(yǎng),提高學(xué)生的實驗素養(yǎng)

2019年高考理綜新課標(biāo)卷Ⅱ電學(xué)實驗試題,深入考查了考生的實驗探究能力．這種能力是在平時的課堂演示實驗、學(xué)生實驗、趣味性等實驗中,通過有意識的訓(xùn)練逐步培養(yǎng)起來的,靠背實驗是不可能形成的．一個物理實驗涉及到的知識領(lǐng)域往往是很寬廣的,即使一個簡單的電學(xué)實驗,也常常涉及到力學(xué)、光學(xué)、熱學(xué)等方

面知識,因此,在實驗教學(xué)過程中,要根據(jù)具體情況靈活運用曾學(xué)過的一切知識,挖掘物理實驗的多重教學(xué)功能,唯有這樣才能有效培養(yǎng)實驗探究能力以及其他能力,提高學(xué)生的實驗素養(yǎng)．

3.3 增強實驗的創(chuàng)新性,培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力

2019年高考物理電學(xué)實驗試題具有明顯的創(chuàng)新導(dǎo)向作用,試題以生活情境(材料-硅二極管)為背景,突破常規(guī)的電流表、電壓表構(gòu)成測量電路,創(chuàng)新設(shè)計兩只電壓表分別測量硅二極管的正向電壓和電路的動態(tài)分析．因此,物理實驗教學(xué)中,結(jié)合2019年及近幾年高考真題,深入領(lǐng)會命題專家是如何將課標(biāo)中的學(xué)科核心素養(yǎng)、高考改革精神融入到高考試題中．同時加大實驗的改進和創(chuàng)新,增加學(xué)生親歷實驗和實驗創(chuàng)新的更多機會,有效培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維、創(chuàng)新實踐能力,使物理實驗教學(xué)讓學(xué)生終身受益．

新的課程改革,新高考將在全國全面實施,使得高考開放性、創(chuàng)新性試題的比重增加．物理實驗作為探究、創(chuàng)新的重要手段,創(chuàng)新前沿或熱點問題作為背景設(shè)置考查試題將成為常態(tài),因此,物理實驗教學(xué)必須緊隨社會發(fā)展,順應(yīng)時代變化,結(jié)合學(xué)科核心素養(yǎng)要求,創(chuàng)設(shè)情境,開展科學(xué)探究活動對實驗教學(xué)將起到至關(guān)重要的作用．