加強電學實驗考查 發揮積極導向作用
——2019年高考理綜新課標卷Ⅱ第23題評析與啟示

魏廷智

(寧夏六盤山高級中學，寧夏 銀川 750002)

基本實驗能力和實驗探究能力是高考物理實驗能力考查的主要內容．2019年高考理綜新課標卷Ⅱ第23題,試題立足教材中的演示實驗和學生實驗,貼近教學實際又適度創新的測量性電學實驗,體現了電學實驗方法的多樣性、開放性、探究性的特點,為考生提供了思維發散的空間和探究的平臺,能很好地鑒別考生的實驗能力和靈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,E為電源．實驗中二極管置于控溫爐內,控溫爐內的溫度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,應調節滑動變阻器R,使電壓表V1的示數為U1=________mV;根據圖1(b)可知,當控溫爐內的溫度t升高時,硅二極管正向電阻________(填“變大”或“變小”),電壓表V1示數________(填“增大”或“減小”),此時應將R的滑片向________(填“A”或“B”)端移動,以使V1示數仍為U1．

(a)

(b)

2 試題分析

2.1 命題意圖

2019年高考理綜新課標卷Ⅱ第23題保持電學實驗考查的基礎性、創新性．試題設計以能力立意,要求在理解實驗原理的基礎上,對實驗數據進行反思和評估．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、電路的動態分析方法、硅二極管特性及U-t關系圖像的物理意義等基礎實驗知識,同時又考查從圖像獲取信息的能力、處理數據能力、推理能力和實驗探究能力．

2.2 試題特點

(1) 以物理學科素養為導向,突出電學實驗的基礎性.

閉合電路歐姆定律自2009年作為考綱Ⅱ類要求以來,考查形式主要結合電學實驗進行．2019年高考理綜新課標卷Ⅱ第23題基于教材二極管應用的實際情景設計,突出電學實驗的基礎性,例如導體的電阻、小燈泡的伏安特性、電源電動勢和內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容,考查歐姆定律、串并聯電路的基本規律、特點等基礎知識以及電路的動態分析等問題．試題遵從考綱和課標的要求,有效引導高中物理實驗教學中,需要更好地幫助學生對物理基本概念和規律的理解,促進物理觀念的形成和發展．

(2) 增強開放性和探究性,彰顯電學實驗能力.

2019年高考理綜新課標卷Ⅱ第23題突出實驗能力的考查,試題本質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)的一個測量性電學實驗．體現了電學實驗的基礎性,又突破了常規,題目通過學生熟悉的硅二極管,探究在恒定電流條件下硅二極管的正向電壓與溫度的關系(U-t圖像),既引導高中物理教學開好實驗課,激發學生探究意識,同時又促進學生實驗操作能力和實踐能力的培養．

(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實驗中必備的電學元件,熟練包括滑動變阻器在內的諸多電學儀器的構造、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,閉合回路發生動態變化,通過動態分析,確定電路中負載上各個物理量的變化情況,引導學生從“解題”向“解決問題”轉變,有利于培養學生綜合能力和創新思維．

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,當控溫爐內的溫度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的示數減小,所以硅二極管正向電阻變小;當控溫爐內的溫度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示數增大(或根據動態電路 “串反并同”的特性判定);因為總電阻減小,應該將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示數仍為U1．

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

3 教學啟示

2019年高考理綜新課標卷Ⅱ電學實驗試題的設計,體現了測量性實驗在電學實驗中的重要地位．試題在伏安法測量導體的電阻、小燈泡的伏安特性、電源電動勢和內阻等測量性實驗基礎上,增強了開放性、探究性和創新性,充分發揮了高考育人功能和積極的導向作用,助推中學物理電學實驗教學的變革．

3.1 重視基礎實驗、基本操作技能

物理學是一門以實驗為基礎的自然學科,也是一門崇尚理性、重視邏輯推理的科學．2019年高考理綜新課標卷Ⅱ電學實驗的考查試題,充分說明實驗是其他任何方式都無法替代的物理學習方式．在實驗環境中,指導正確使用儀器、實際的操作、調整實驗裝置和測量與計算,使學生領悟到物理學科是以實驗為基礎的真諦,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,提高學生的實驗素養

2019年高考理綜新課標卷Ⅱ電學實驗試題,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、學生實驗、趣味性等實驗中,通過有意識的訓練逐步培養起來的,靠背實驗是不可能形成的．一個物理實驗涉及到的知識領域往往是很寬廣的,即使一個簡單的電學實驗,也常常涉及到力學、光學、熱學等方

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

3.3 增強實驗的創新性,培養學生創新思維和創新能力

2019年高考物理電學實驗試題具有明顯的創新導向作用,試題以生活情境(材料-硅二極管)為背景,突破常規的電流表、電壓表構成測量電路,創新設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分析．因此,物理實驗教學中,結合2019年及近幾年高考真題,深入領會命題專家是如何將課標中的學科核心素養、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新,增加學生親歷實驗和實驗創新的更多機會,有效培養學生的創新思維、創新實踐能力,使物理實驗教學讓學生終身受益．

新的課程改革,新高考將在全國全面實施,使得高考開放性、創新性試題的比重增加．物理實驗作為探究、創新的重要手段,創新前沿或熱點問題作為背景設置考查試題將成為常態,因此,物理實驗教學必須緊隨社會發展,順應時代變化,結合學科核心素養要求,創設情境,開展科學探究活動對實驗教學將起到至關重要的作用．