交變電流試題分析及備考策略
——以近十年廣東高考物理試題為例

胡振歡，鄧章浪

1.中山市桂山中學(xué)，廣東 中山 528463

2.湛江市徐聞縣徐聞中學(xué)，廣東 湛江 524100

1 2010 年以來廣東卷交變電流試題考查情況

2010年至2015年廣東省考生參加本省自主命題的理綜考試，2016年至2020年廣東省考生參加全國Ⅰ卷的理綜考試，2021年后廣東省的物理學(xué)科高考試題再次收歸本省自主命制，2010年至2022年廣東卷交變電流的試題統(tǒng)計如表1所示。

表1 2010—2022年廣東卷交變電流試題

續(xù)表1

題目分析舉例：

（2022年廣東卷高考物理第4題）圖1是簡化的某種旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機(jī)原理圖。定子是僅匝數(shù)n不同的兩線圈，n1>n2，二者軸線在同一平面內(nèi)且相互垂直，兩線圈到其軸線交點(diǎn)O的距離相等，且均連接阻值為R的電阻，轉(zhuǎn)子是中心在O點(diǎn)的條形磁鐵，繞O點(diǎn)在該平面內(nèi)勻速轉(zhuǎn)動時，兩線圈輸出正弦式交變電流。不計線圈電阻、自感及兩線圈間的相互影響，下列說法正確的是（ ）

圖1 原題附圖

A.兩線圈產(chǎn)生的電動勢的有效值相等

B.兩線圈產(chǎn)生的交變電流頻率相等

C.兩線圈產(chǎn)生的電動勢同時達(dá)到最大值

D.兩電阻消耗的電功率相等

評析：本題以某種旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機(jī)原理為問題情境，考查產(chǎn)生交流電的基本原理和交變電流的基本運(yùn)算，這種發(fā)電機(jī)以磁極轉(zhuǎn)動、線圈不動的形式產(chǎn)生規(guī)律的交變電流，和教材介紹交變電流時的模型不一樣，可以有效考查學(xué)生的推理論證能力和知識遷移能力。本題溯源較為清晰，粵教版選擇性必修3第三章“交變電流”的第一節(jié)“認(rèn)識交變電流”的第一道課后習(xí)題便是以磁極為轉(zhuǎn)子、線圈為定子的發(fā)電機(jī)模型。

2 交變電流試題考查特點(diǎn)探討分析

2.1 屬于高頻考點(diǎn)，考查知識內(nèi)容較為全面

從表1可以看出，涉及交變電流知識點(diǎn)的題目每年必考，屬于高頻考點(diǎn)，其中變壓器出現(xiàn)頻率非常高，在2010年至2022年廣東自主命題的8年期間有6年對變壓器內(nèi)容進(jìn)行考查。變壓器屬于電磁感應(yīng)原理的應(yīng)用，在各版教材中放置于“交變電流”這一章節(jié)中，2010年和 2012年沒有考查變壓器內(nèi)容是因為考查了交變電流基本物理量運(yùn)算?？偟膩碚f，從考查形式來看，可以分成四大塊：一是考查交變電流圖像或者函數(shù)的基本物理量運(yùn)算；二是變壓器基本物理量的關(guān)系定量運(yùn)算；三是考查變壓器動態(tài)變化；四是結(jié)合新情境考查前三塊內(nèi)容。

2.2 考查基本運(yùn)算為主，情境創(chuàng)設(shè)結(jié)構(gòu)簡單

從表1中的8道題可以發(fā)現(xiàn)，問題情境創(chuàng)設(shè)均不算復(fù)雜，考查題型均為選擇題，每個選項都是涉及最為基本的運(yùn)算，對于交變電流圖像或者函數(shù)，只要通曉四值的基本運(yùn)算即可，如2010年和2012年的兩個題目都是給出最為常見的正弦式交流電函數(shù)；對于涉及變壓器的只要應(yīng)用最基本的電壓、電流、電功率關(guān)系即可解題，每個題目給的變壓器結(jié)構(gòu)均十分簡單易懂，2015年、2021年和2022年涉及的題目雖然是新情境，但是題目都明確告訴輸入端的是正弦式交變電流，使得學(xué)生只要認(rèn)真閱讀題干，理解這些題目沒有太大困難。

2.3 試題情境越趨新穎

從題目情境發(fā)展的規(guī)律來看，容易看出8道題可以2015年為轉(zhuǎn)折點(diǎn)劃分，前面5道題都是直白地給出交變電流圖像和函數(shù)或者變壓器基本構(gòu)造圖，后面3道題則均是結(jié)合新情境創(chuàng)設(shè)的題目，分別是“氣流加熱裝置”“充電裝置、永磁鐵往復(fù)運(yùn)動產(chǎn)生交變電流”和“旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機(jī)”，這樣的生活實(shí)踐情境創(chuàng)設(shè)符合新課標(biāo)和中國高考評價體系要求的命題導(dǎo)向，命題人員的創(chuàng)設(shè)題設(shè)情境體現(xiàn)了良好的價值導(dǎo)向，可以預(yù)見未來會有更多新穎情境的題目出現(xiàn)。

3 變壓器題目備考策略

3.1 夯實(shí)基礎(chǔ)，采用變式訓(xùn)練

交變電流題目的考查基本上以運(yùn)算和判斷為主，所以務(wù)必落實(shí)、夯實(shí)雙基的教學(xué)要求。對于交變電流的函數(shù)和圖像內(nèi)容，要讓學(xué)生明確交變電流的產(chǎn)生原因和四值運(yùn)算即可；對于變壓器內(nèi)容，要讓學(xué)生通曉變壓器的基本工作原理，明確經(jīng)過變壓器后哪些物理量發(fā)生了變化，哪些沒有變化，發(fā)生了變化的物理量在輸入端和輸出端有什么樣的關(guān)系。即使如2015年、2021年和2022年的新情境題目，實(shí)質(zhì)上設(shè)置的均是舊問題，做出這樣的題目關(guān)鍵也是雙基扎實(shí)。所以，教師在交變電流知識板塊的教學(xué)備考中應(yīng)摒棄難題、偏題和怪題，以能計算交變電流四值、分析變壓器基礎(chǔ)物理關(guān)系和提升動態(tài)分析能力為目標(biāo)，培養(yǎng)良好的物理思維，提升學(xué)科素養(yǎng)。

要夯實(shí)雙基，可采用變式訓(xùn)練的教學(xué)方式，在評講習(xí)題或者建構(gòu)概念時，根據(jù)需要對習(xí)題或者基本模型進(jìn)行變式改造，重新創(chuàng)設(shè)類似的問題情境給學(xué)生。2015年的動態(tài)分析題目得分率是歷年來最低的，可見許多學(xué)生并沒有掌握好基本知識，這時可以嘗試對原題進(jìn)行改造，如在副線圈中加個電阻R（圖2），改造后再給學(xué)生訓(xùn)練，則可以對動態(tài)變化時的整體和局部分析對比更加清晰。

圖2 2014年第19題變式

3.2 緊扣新教材，進(jìn)行新情境的信息讀取訓(xùn)練

區(qū)別于純物理模型，新情境會以生活實(shí)踐為主，如2019年版粵教版教材中，“交變電流”章節(jié)里含有許多涉及生活實(shí)踐情境的介紹或者習(xí)題，如包含無線充電技術(shù)、特高壓、調(diào)光臺燈中晶體管對電流的修整、高頻焊接技術(shù)、黑光燈、電壓和電流互感等眾多和生活實(shí)踐密切相關(guān)的內(nèi)容，教學(xué)備考中應(yīng)給予重視。同時，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注交變電流知識板塊在生活中的應(yīng)用，創(chuàng)設(shè)和生活實(shí)例密切相關(guān)的交變電流問題情境，既可以拓寬學(xué)生的科學(xué)視野，也可以提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

創(chuàng)設(shè)新情境題目是未來命題的必然趨勢，所以我們應(yīng)該進(jìn)行針對性的研究和落實(shí)訓(xùn)練。一道題要創(chuàng)設(shè)新情境必定要給出更多的具體信息，如表1中新情境的3道題題干明顯比舊情境的3道題題干要長，需要增強(qiáng)學(xué)生讀取信息的能力。有些學(xué)生被題目各種信息迷惑，導(dǎo)致讀不懂、用錯信息等問題頻繁發(fā)生，應(yīng)當(dāng)引起重視。所以，教師應(yīng)當(dāng)進(jìn)行針對性的讀取信息訓(xùn)練，加強(qiáng)模型建構(gòu)能力的培養(yǎng)，一來可以鍛煉學(xué)生準(zhǔn)確抽取信息的能力；二來可以形成準(zhǔn)確讀題和善于建模的好習(xí)慣［1］。

3.3 新課標(biāo)變化可能引起新形式的考查

表1中列出的題目考查題型均為選擇題，而在《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》中關(guān)于變壓器部分內(nèi)容的描述如下：通過實(shí)驗，探究并了解變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系。知道遠(yuǎn)距離輸電時通常采用高壓輸電的原因［2］，并將“探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系”列為學(xué)生必做實(shí)驗。所以在未來高考命題中，變壓器作為高頻考點(diǎn)，可以出現(xiàn)在選擇題或者實(shí)驗題中，教學(xué)中應(yīng)按照新課標(biāo)要求開展分組探究實(shí)驗，讓學(xué)生多進(jìn)行實(shí)驗操作，熟悉實(shí)驗步驟和實(shí)驗原理，在紙筆測試中也應(yīng)對有關(guān)變壓器的實(shí)驗題給予適當(dāng)?shù)闹匾暋?/p>