2022年高考全國乙卷23題的思考與啟示

安徽 徐建強 左開發

高考物理試題起著引領高中物理教學的作用，以伏安法測電阻為例，應引導學生去理解內接法、外接法選擇的依據，掌握誤差分析的方法，避免出現不做實驗而死記“大內大、小外小”等片面結論的現象。本文通過兩個思路對比分析2022年高考全國乙卷第23題的電學實驗，提出在新課改下電學實驗試題應采用真實的數據情境，讓認真做實驗的學生得到更高的分數，進而促進中學教學重視做實驗而不是空口講實驗，使真實情境化的試題能更好地考查學生的探究能力、創新能力，有效落實核心素養。

一、真題再現

一同學探究阻值約為550 Ω的待測電阻Rx在0～5 mA 范圍內的伏安特性。可用器材有：電壓表(量程為3 V，內阻很大)，電流表(量程為1 mA，內阻為300 Ω)，電源E(電動勢約為4 V，內阻不計)，滑動變阻器R(最大阻值可選10 Ω或1.5 kΩ)，定值電阻R0(阻值可選 75 Ω 或150 Ω)，開關S，導線若干。

(1)要求通過Rx的電流可在0～5 mA范圍內連續可調，在圖1中將所示的器材符號連線，畫出實驗電路的原理圖；

圖1

(2)實驗時，圖1中的R應選最大阻值為________(填“10 Ω”或“1.5 kΩ”)的滑動變阻器，R0應選阻值為________(填“75 Ω”或“150 kΩ”)的定值電阻；

(3)測量多組數據可得Rx的伏安特性曲線。若在某次測量中，電壓表、電流表的示數分別如圖2和圖3所示，則此時Rx兩端的電壓為________V，流過Rx的電流為________mA，此組數據得到的Rx的阻值為________ Ω。(保留3位有效數字)

圖2

圖3

二、試題解析

圖4

圖5

三、問題再思考

對比以上兩種不同分析思路發現，測得的電阻值差別很大，因此不可等同。有同仁認為思路一比較合理，理由有四：其一題中說明電壓表內阻很大，可近似為理想電壓表；第二采用電流表外接法在記錄Rx電壓值方面比較簡單；第三計算結果548 Ω與題中所給約為550 Ω比較接近；最后題圖1中所給電壓表與待測電阻并排且與電流表在同一直線上，則揣測命題者意圖應該考查電流表外接法。由于官方沒有給出具體答案，對此筆者不敢茍同。

四、試題改編

基于以上分析，為了更好地優化試題，使其更加符合高中物理實驗條件，避免出現爭議，筆者建議試題可以作出三點改動，其一建議去掉電壓表“內阻很大”這一條件，其二探究阻值約為550 Ω的待測電阻改其阻值約為500 Ω，其三去掉圖1。具體試題呈現如下：

一同學探究阻值約為500 Ω的待測電阻Rx在0～5 mA 范圍內的伏安特性。可用器材有：電壓表(量程為3 V)，電流表(量程為1 mA，內阻為300 Ω)，電源E(電動勢約為4 V，內阻不計)，滑動變阻器R(最大阻值可選10 Ω 或1.5 kΩ)，定值電阻R0(阻值可選75 Ω或150 Ω)，開關S，導線若干。

(1)要求通過Rx的電流可在0～5 mA范圍內連續可調，在圖6中虛線框內畫出實驗電路的原理圖；

圖6

(2)實驗時，滑動變阻器R應選最大阻值為________(填“10 Ω”或“1.5 kΩ”)的滑動變阻器，R0應選阻值為________(填“75 Ω”或“150 kΩ”)的定值電阻；

(3)測量多組數據可得Rx的伏安特性曲線。若在某次測量中，電壓表、電流表的示數分別如圖7和圖8所示，則此時Rx兩端的電壓為________V，流過Rx的電流為________mA，此組數據得到的Rx的阻值為________Ω。(保留3位有效數字)

圖7

圖8

考生審閱改動后的試題時，可知電流表通過改裝擴大量程從而滿足0～5 mA的測量范圍，由于電壓表內阻未知，而改裝后電流表內阻60 Ω為已知量，為精確測量被測電阻的電壓值和電流值只能采取內接法進行電路圖的設計，如圖5所示。在內接的條件下電壓表兩端的最大電壓測量值估算為5 mA×(500+60)Ω=2.8 V，不超電壓表的量程，驗證了內接法的合理性。去掉圖1可以更好地考查考生電路圖設計的基本能力和規范性，從而避免依據題干中實驗器材的符號擺放位置進行機械式的電路設計。針對改編試題的解析，請參照本文中試題解析部分。

五、教學啟示

截至目前，仍未得到官方給出的標準答案，若官方參考答案為圖4所示的外接法，合理之處在于采用了非常規的高中物理實驗室中的電壓表進行實驗，使得測量電流比較方便。若官方參考答案為圖5所示的內接法，則可以看成是對當前高中條件下的實驗教學的引導。所以筆者認為在具體閱卷時兩種設計方法均可給分。針對伏安法測電阻實驗，一線教師應該避免讓學生死記“大內大、小外小”的套路，可以嘗試從內接法和外接法的實質出發，透析其物理核心本質，切實有效地開展實驗教學，要讓學生走進實驗室，讓理論分析和實驗操作真正融合在一起，使學生的科學探究素養真正落實。