加强电学实验考查 发挥积极导向作用——2019年高考理综新课标卷Ⅱ第23题评析与启示

魏廷智

(宁夏六盘山高级中学，宁夏 银川 750002)

基本实验能力和实验探究能力是高考物理实验能力考查的主要内容．2019年高考理综新课标卷Ⅱ第23题,试题立足教材中的演示实验和学生实验,贴近教学实际又适度创新的测量性电学实验,体现了电学实验方法的多样性、开放性、探究性的特点,为考生提供了思维发散的空间和探究的平台,能很好地鉴别考生的实验能力和灵活运用物理知识解决新问题的能力．

1 试题展示

[2019年全国高考(新课标Ⅱ卷)理综第23题]某小组利用图1(a)所示的电路,研究硅二极管在恒定电流条件下的正向电压U与温度t的关系,图中V2为理想电压表;R为滑动变阻器,R0为定值电阻(阻值100 Ω);S为开关,E为电源．实验中二极管置于控温炉内,控温炉内的温度t由温度计(图中未画出)测出．图1(b)是该小组在恒定电流为50.0 μA时得到的某二极管U-t关系曲线．回答下列问题:

(1) 实验中,为保证流过二极管的电流50.0 μA,应调节滑动变阻器R,使电压表V1的示数为U1=________mV;根据图1(b)可知,当控温炉内的温度t升高时,硅二极管正向电阻________(填“变大”或“变小”),电压表V1示数________(填“增大”或“减小”),此时应将R的滑片向________(填“A”或“B”)端移动,以使V1示数仍为U1．

(a)

(b)

2 试题分析

2.1 命题意图

2019年高考理综新课标卷Ⅱ第23题保持电学实验考查的基础性、创新性．试题设计以能力立意,要求在理解实验原理的基础上,对实验数据进行反思和评估．既考查滑动变阻器的正确使用、欧姆定律、闭合电路欧姆定律、电路的动态分析方法、硅二极管特性及U-t关系图像的物理意义等基础实验知识,同时又考查从图像获取信息的能力、处理数据能力、推理能力和实验探究能力．

2.2 试题特点

(1) 以物理学科素养为导向,突出电学实验的基础性.

闭合电路欧姆定律自2009年作为考纲Ⅱ类要求以来,考查形式主要结合电学实验进行．2019年高考理综新课标卷Ⅱ第23题基于教材二极管应用的实际情景设计,突出电学实验的基础性,例如导体的电阻、小灯泡的伏安特性、电源电动势和内阻等测量性实验的基本特征．题目围绕闭合电路欧姆定律这一核心内容,考查欧姆定律、串并联电路的基本规律、特点等基础知识以及电路的动态分析等问题．试题遵从考纲和课标的要求,有效引导高中物理实验教学中,需要更好地帮助学生对物理基本概念和规律的理解,促进物理观念的形成和发展．

(2) 增强开放性和探究性,彰显电学实验能力.

2019年高考理综新课标卷Ⅱ第23题突出实验能力的考查,试题本质上是基于传感器元件(温敏二极管)在特定条件下(电流为50.0 μA保持不变)的一个测量性电学实验．体现了电学实验的基础性,又突破了常规,题目通过学生熟悉的硅二极管,探究在恒定电流条件下硅二极管的正向电压与温度的关系(U-t图像),既引导高中物理教学开好实验课,激发学生探究意识,同时又促进学生实验操作能力和实践能力的培养．

(3) 注重基本实验技能、实验原理分析问题的能力.

滑动变阻器作为电学实验中必备的电学元件,熟练包括滑动变阻器在内的诸多电学仪器的构造、作用和正确使用以及电路连接,是一个高中生必须具备的基本技能.这种基本技能又必须在平常的实验中练就.卷Ⅱ第23题中,从考虑节约电能的角度,滑动变阻器选用限流式接法,正是滑动变阻器补偿了因控温炉内温度的变化引起硅二极管正向电阻的变化,保证流过二极管的电流始终为50.0 μA保持不变这一条件．通过滑动变阻器滑片,闭合回路发生动态变化,通过动态分析,确定电路中负载上各个物理量的变化情况,引导学生从“解题”向“解决问题”转变,有利于培养学生综合能力和创新思维．

2.3 解题技巧

(1) 为保证流过二极管的电流为50.0 μA,电压表V1的示数为U1=I1·R0=50.0×10-6×100 V=5.00 mV;硅二极管是温度敏感器件,当控温炉内的温度t升高时,由于流过回路中的电流50.0 μA保持不变,由图1(b)可知,U2的示数减小,所以硅二极管正向电阻变小;当控温炉内的温度t升高时,硅二极管正向电阻变小,通过硅二极管的电流增大,也就是说,回路中电流增大,由U1=I1R0可知,R0两端的电压升高,即电压表V1示数增大(或根据动态电路 “串反并同”的特性判定);因为总电阻减小,应该将R的滑片向B端移动,增大滑动变阻器的电阻才能维持电流为50.0 μA保持不变,以使V1示数仍为U1．

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

3 教学启示

2019年高考理综新课标卷Ⅱ电学实验试题的设计,体现了测量性实验在电学实验中的重要地位．试题在伏安法测量导体的电阻、小灯泡的伏安特性、电源电动势和内阻等测量性实验基础上,增强了开放性、探究性和创新性,充分发挥了高考育人功能和积极的导向作用,助推中学物理电学实验教学的变革．

3.1 重视基础实验、基本操作技能

物理学是一门以实验为基础的自然学科,也是一门崇尚理性、重视逻辑推理的科学．2019年高考理综新课标卷Ⅱ电学实验的考查试题,充分说明实验是其他任何方式都无法替代的物理学习方式．在实验环境中,指导正确使用仪器、实际的操作、调整实验装置和测量与计算,使学生领悟到物理学科是以实验为基础的真谛,不断提高实验动手能力、提高基本的实验技能．

3.2 加强实验探究能力培养,提高学生的实验素养

2019年高考理综新课标卷Ⅱ电学实验试题,深入考查了考生的实验探究能力．这种能力是在平时的课堂演示实验、学生实验、趣味性等实验中,通过有意识的训练逐步培养起来的,靠背实验是不可能形成的．一个物理实验涉及到的知识领域往往是很宽广的,即使一个简单的电学实验,也常常涉及到力学、光学、热学等方

面知识,因此,在实验教学过程中,要根据具体情况灵活运用曾学过的一切知识,挖掘物理实验的多重教学功能,唯有这样才能有效培养实验探究能力以及其他能力,提高学生的实验素养．

3.3 增强实验的创新性,培养学生创新思维和创新能力

2019年高考物理电学实验试题具有明显的创新导向作用,试题以生活情境(材料-硅二极管)为背景,突破常规的电流表、电压表构成测量电路,创新设计两只电压表分别测量硅二极管的正向电压和电路的动态分析．因此,物理实验教学中,结合2019年及近几年高考真题,深入领会命题专家是如何将课标中的学科核心素养、高考改革精神融入到高考试题中．同时加大实验的改进和创新,增加学生亲历实验和实验创新的更多机会,有效培养学生的创新思维、创新实践能力,使物理实验教学让学生终身受益．

新的课程改革,新高考将在全国全面实施,使得高考开放性、创新性试题的比重增加．物理实验作为探究、创新的重要手段,创新前沿或热点问题作为背景设置考查试题将成为常态,因此,物理实验教学必须紧随社会发展,顺应时代变化,结合学科核心素养要求,创设情境,开展科学探究活动对实验教学将起到至关重要的作用．