聚焦物理核心素養(yǎng) 考查基本工具使用
——兼評2019年甘肅省武威市物理中考試題第12題

戴同蘭 梅 瑩

江蘇省泰州市高港教師發(fā)展中心(225323) 南京信息工程大學空間天氣研究所(210044)

1 問題的提出

2019年甘肅省武威市物理中考試題的第12題是一道考查電能表的讀數(shù)及消耗電能和電功率的有關填空式計算題，是一道考查學生利用基本測量工具解決實際問題的好題目。這類試題通過引導學生閱讀儀器儀表說明書，培養(yǎng)學生運用物理知識解決實際問題的能力。這類題目可以給學生在實際生活中展現(xiàn)自我的機會，使學生獲得成就感，并產(chǎn)生進一步學習的興趣。

題目：圖1是某家用電子式電能表的表盤，該表盤上顯示已用電____kW·h。若將某用電器單獨接在該電能表上正常工作3 min，電能表指示燈閃爍了32次。該用電器在上述時間內(nèi)消耗的電能為______kW·h，它的實際電功率是____W。

2 電能表的相關知識

2.1 電能表的作用

電能表是測量家庭電路中消耗電能多少的專用測量工具。蘇科版教材在9年級下冊第15章的第1節(jié)引入“電能表”的目的有2個：

(1)電子式電能表的技術參數(shù)在“讀一讀”欄目中呈現(xiàn)，是為了培養(yǎng)學生的自學能力。物理教學要求我們在全面提高學生學習水平的同時，更加強調(diào)學生的自主學習，即要求學生學會學習，在學習中發(fā)揮學生的主體能動性，積極主動地去掌握知識，該欄目的設計與物理學科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)目標是一致的。

(2)“電能表”是為引入“電功”服務的，電能表示數(shù)變化，說明電流做了功。學生都有這樣的生活經(jīng)驗:用電器工作一段時間，電能表的示數(shù)會發(fā)生變化，表明用電器消耗了電能，使學生形成用能量轉(zhuǎn)化的觀點分析問題的意識，真正領會到做功的過程總是伴隨著能量轉(zhuǎn)化。

2.2 電能表的分類

在家庭電路中，電能表有2種類型：一種是如圖2所示的電子式電能表，一種是如圖3所示的感應式電能表。

2.3 電能表的技術參數(shù)

比較2種電能表的參數(shù)可以發(fā)現(xiàn)，2種電能表的電壓、頻率、單位均相同。

下面筆者以電子式電能表為例來說明電能表的技術參數(shù)所表示的意義。

如圖2所示的電子式電能表，其主要技術參數(shù)的含義如下：

(1)額定電壓220 V：表示該電能表長時間正常工作時的最佳電壓為220 V，該電能表應該在220 V的電路中使用。

(2)電流規(guī)格5(20) A：括號外的電流值“5 A”表示基本電流，它是確定電能表有關特性的電流值；括號內(nèi)的電流值“20 A”是電能表能夠滿足測量準確要求，且能長期正常運行的最大電流值。

(3)頻率50 Hz：表示所接家庭電路的交變電流頻率為50 Hz。

(4)電能表常數(shù)：衡量電能表是否正常工作的重要參數(shù)。該電能表中的3 200 imp/(kW·h)表示電路中每消耗1 kW·h電能，電能表指示燈閃爍的次數(shù)是3 200 次。

感應式電能表如圖3所示，其電能表常數(shù)1 440 r/(kW·h)表示的含義是：電路中每消耗1 kW·h電能，電能表的轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動的圈數(shù)是1 440圈。

2.4 電能表的單位

2種電能表的表盤上都標有kW·h的字樣，這是指電能表所用單位是kW·h。教材通過“信息快遞”欄目指出了電能表示數(shù)的單位是千瓦時(kW·h)，俗稱“度”。它與國際單位制中能量的單位焦耳(J)的關系是：1度=1 kW·h=3.6×106J。這個換算關系不僅說明電能的單位與機械能的單位相同，還蘊涵著自然界不同形式能量的等價性與相互轉(zhuǎn)化的可能性。

2.5 電能表的讀數(shù)方法

電能表的讀數(shù)雖然比較簡單，但它是學生必需掌握的生活技能之一。電能表上有相應的示數(shù)框(示數(shù)框上最后一位紅色框內(nèi)的數(shù)字代表小數(shù))，2種電能表的示數(shù)都是由幾位整數(shù)和一位小數(shù)組成。

在利用電能表測量用戶消耗電能的多少時，如果測量用戶消耗電能較多，通常用電能表前后兩次的讀數(shù)差表示該用戶在這段時間內(nèi)消耗的電能；在測量用戶消耗電能較少時，則采用一定時間內(nèi)計數(shù)的方法，根據(jù)電能表常數(shù)及電子式電能表指示燈閃爍的次數(shù)(或者是感應式電能表轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)過圈數(shù))進行計算。

3 甘肅省武威市物理中考試題第12題深度剖析

3.1 試題特點

試題注重基本儀器的使用與讀數(shù)?；緝x器的使用類試題主要考查儀器的構造、原理、操作技能、讀數(shù)方法等。這類題型主要以填空、選擇為主。目前的考查趨勢已由單純考查變?yōu)榫C合考查，如該題除考查了電能表的讀數(shù)外，還考查了如何運用電能表和秒表測算用電器的電功率。

3.2 試題剖析

在家庭電路中，電能表是用來測量用戶消耗電能多少的一種專用測量工具，電能表的示數(shù)框上顯示的數(shù)字反映該家庭電路從裝表之初到此時總共消耗的電能是多少。所以本題第(1)問的答案是：5 546.7。

該題的后兩問實質(zhì)可以看成是蘇科版教材第15章的綜合實踐活動“對家庭用電的調(diào)查研究”的第二部分內(nèi)容：估測各用電器的實際功率?！读x務教育物理課程標準》(2011年版)也提出要“加強課外實踐活動”，綜合實踐活動的選題能夠?qū)⑽锢砼c自然、生活、社會、技術、環(huán)境聯(lián)系起來。這種活動有利于對學生進行“科學、技術、社會、環(huán)境”教育，提高學生的探究意識和能力，有利于提高學生的物理核心素養(yǎng)，所以該題對初中物理教學起到了一個很好的導向作用。

4 與電能表有關的題型拓展

電能表作為電學中的3個測量工具之一(還有2個是：電流表、電壓表)，是初中學生必須要掌握的。電能表在電學中起到了非常重要的作用。一是通過電能表示數(shù)的變化說明電流做了功；二是通過電能表將電功和電功率綜合起來，有利于提高學生的分析能力。學會這類題目的分析、解答是培養(yǎng)學生物理核心素養(yǎng)的重要途徑之一。與電能表有關的題型，還有以下若干舉例說明。

4.1 測量用戶在某段時間內(nèi)消耗的電能及繳納電費

例1：月初和月末小明家電能表計數(shù)器所顯示的數(shù)字如圖4所示，小明家這個月消耗了多少電能？如果民用電的價格是0.40元/度，小明家這個月應交多少電費？

題析：利用電能表測量電能時，如果用戶消耗電能較多時,通常用電能表前后兩次的讀數(shù)差表示該用戶在這段時間內(nèi)消耗的電能的多少。另外在利用電能表時還要注意在實際生活中，供電部門僅記錄電能表示數(shù)的整數(shù)部分，并按前后兩次記錄的數(shù)據(jù)之差計算電費。

因此小明家這個月消耗的電能為：561.6 kW·h-478.2 kW·h=83.4 kW·h，應繳納電費為：83度×0.40 元/度=41.5 元。

4.2 會計算電能表所在電路允許的最大總功率

例2：小華發(fā)現(xiàn)家里電能表的示數(shù)在40 min內(nèi)變化了1.2 kW·h，則他家用電器的實際功率是多大?如果電能表能正常工作的最大電流為10 A，那么電路中還能不能再接入一個額定功率為800 W的電飯鍋？

題析：該題是蘇科版物理課本9年級下冊第15章第2節(jié)“電功率”書后的題目。其中第(2)問就考查了電能表和電功率的綜合應用。題目中的電能表能正常工作的最大電流為10 A,在電能表上對應的是括號內(nèi)的電流值。所以在考慮電能表所在電路允許的最大總功率時，應該將括號內(nèi)的電流值代入公式P=UI計算。

P=UI=220 V×10 A=2 200 W，小華家中的還能接的用電器的總功率最大不能超過2 200 W-1 800 W=400 W。400 W<800 W，所以不能接。

4.3 指示燈閃爍或轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動的快慢問題

例3：小悅家的電能表上標有“600 r/(kW·h)”的字樣,她讓電水壺單獨工作,觀察到1min內(nèi)電能表的表盤轉(zhuǎn)過18圈,則它的電功率為______kW。當她把家中空調(diào)也接入時,發(fā)現(xiàn)電能表表盤轉(zhuǎn)得更快,此時電路中電流做功將_______(選填：“多”或“快”)一些。

題析：本題屬于指示燈閃爍或轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動的快慢問題反映電流做功多還是快的問題。

4.4 判斷電能表計數(shù)是否準確

例4：小麗家新安裝了一個如圖5所示的電能表，從表盤上可知，電路中允許接入用電器的最大總功率為____W；為了證明這只電能表的準確性，小麗斷開了家中其它用電器，只讓一個200 W的電熱杯正常工作，他在3 min里記下轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)了24圈，說明這只電能表的計數(shù)____(選填“偏大”、“偏小”或“準確”)。

解析：本題就考查了判斷電能表計數(shù)是否準確的問題。要判斷電能表計數(shù)是否準確，可以求出200 W的電熱杯正常工作3 min時電能表轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)過的圈數(shù)應該是多少，然后與題目中的實際轉(zhuǎn)的圈數(shù)相比，如果一樣多，就說明該電能表計數(shù)準確；如果比實際轉(zhuǎn)的圈數(shù)大，就說明該電能表計數(shù)偏??；如果比實際轉(zhuǎn)的圈數(shù)小，就說明該電能表計數(shù)偏大。