核心素养下的电学实验题分析

何锦兴

【摘要】  为了落实核心素养的要求，近年高考从知识立意到能力立意再过度到核心素养立意考查。本文以近年电学实验中关于小电珠U-I图像实际应用的考查为例，探究这类题型变化的方向及解题的思路，获得一些落实核心素养的启示，以供探讨。

【关键词】  核心素养 U-I图像 伏安特性曲线 电功率 小电珠

【中图分类号】  G633.7                       【文献标识码】  A 【文章编号】  1992-7711（2020）05-064-02

科学素养是核心素养的重要组成部分，“创新精神，实践能力，解决实际问题的能力”又是科学素养的核心。学生科学素养的培养重在自然学科，基础学科，物理作为一门实践性很强的自然学科，对培养学生创新能力，实践能力发挥着非常重要的作用。

高考，作为一个选拔人才的高地，物理题目也是越来越重视对实际问题解决能力的考查。电学实验中小灯泡电阻会随着实际工作电压的变化而变化，进而引起电功率的变化，求解其实际功率时不能简单的套用公式P=I2R或者P=U²/R.解决这类问题的关键在于利用U-I图像确定小电珠的工作点（工作电压、工作电流）。对小电珠实际功率的考查既反映出学生的分析能力、解决问题能力及创新能力，又反映出教学过程中落实科学素养的效果，已成为近年高考考查的重点，先以一道简单的练习题为例。

例题1：如图所示，已知小电珠的伏安特性曲线，当用这只小电珠直接与电动势为3 V、内阻为1 Ω的电源组成闭合回路，问小电珠的功率多少？

解析：小电珠两端电压就是路端电压，流过电源的电流就是小电珠的电流，解题的关键在于要明确小电珠两端的电压即路端电压，需找到路端电压与流过小电珠电流之间的关系：U=E-Ir即U=-I+3，取（I=0，U=3V），（I=0.5A，U=2.5V）在图上画出路端电压随电流的变化关系图，与小电珠伏安特性曲线的交点（0.50A，2.50V）就是小电珠的工作电压，工作电流，所以P=UI=1.25 W.

图1

从这道题目可以看出，考查的知识点是书本中关于路端电压随电流变化的这一核心知识，题目的条件会千变万化，要从问题看本质，要追根溯源，找到闭合电路欧姆定律这一核心知识，找到源，问题就容易解决了。解题时应牢牢的抓住解决问题的核心主干知识，其方法如图2所示：

图2

2017年全国乙卷电学实验第（3）问在此知识点考查上有所变化，更贴近物理知识的生活情境化，突出考查学生知识迁移的能力，解决实际问题的能力，落实核心素养的情况，题目具有较强的选拔理科尖子生的功能。

例题3：（2017·高考全国卷乙）某同学研究小灯泡的伏安特性.所使用的器材有：小灯泡L（额定电压3.8V，额定电流0.32A）;电压表V（量程3V，内阻3kΩ）;电流表A（量程0.5A，内阻0.5Ω）;固定电阻R0（阻值1000Ω）;滑动变阻器R（阻值0～9.0Ω）;电源E（电动势5V，内阻不计）;开关S;导线若干。

图3

（3）用另一电源E0（电动势4 V，内阻1.00 Ω）和题给器材连接成图（b）所示的电路，调节滑动变阻器R的阻值，可以改变小灯泡的实际功率。闭合开关S，在R的变化范围内，小灯泡的最小功率为____ W，最大功率为____W（结果均保留2位小数）。

解析：这道题第三问考查的就是对小电珠伏安特性以及对闭合电路欧姆定律的理解，包含3个重要的考点：

1.小电珠金属丝的电阻率随温度的增加而增大，也就是在不同电压下阻值不同，进而功率不同，要确定其实际功率，必须确定其工作电压;

2.闭合电路的欧姆定律：U=E-Ir;

3.由p=I2R和小灯泡的伏安特性曲线可知：I越大，小灯泡R越大，P越大

把路端电压随电流的变化关系图这一知识迁移过来，那问题就迎刃而解了。

当R=9Ω， I最小，小电珠的电阻也最小，功率最小，此时小灯泡两端的电压U=E-I（R+r）=4-10I 即I=■U+0.4，画出其I-U图像I，与小灯泡伏安特性

曲线的交点就是其工作电压，工作电流（U1=1.75V，I1=0.225A），所以Pmin=U1I1=1.75×0.225 W≈0.39 W.

图4

当R=0Ω，I最大，小电珠的电阻也最大，功率最大，此时小灯泡两端的电压U=E-Ir=4-I 即I=-U+4，画出其I-U图像II，与小灯泡伏安特性曲线的交点就是其工作电压，工作电流（U2=3.68V，I2=0.318A），所以Pmax=U2I2=3.68×0.318 W≈1.17 W.

这道题检验了考生是否真正的理解导体伏安特性及路端电压随电流变化这两曲线所反映的物理規律，更考查了在新情境下是否具有临时的应变能力及创新精神，有较强的区分度，体现了学科素养的要求：科学思维，实验探究。

以上两道确定小电珠工作电压考题目对教学的启示：

1.从以上考题我们可以看出，这类题目都是着重考查学生对路端电压与电流关系图像（U-I图像）和导体伏安特性曲线的理解和运用，U-I图像把导体的伏安特性和电源外电路的特征联系在了一起，是“物理观念”这一物理学科素养内在要求。平时的授课既要重视实验的过程，让学生亲自动手实验获得感性认识，又要帮助学生着重理解两图像的内在联系与区别，让学生获得理性的认识，只有这样才能帮助学生更好的理解“导体伏安特性”这一物理观念。

2.知识点是固化的，但条件、情景千变万化，电学实验题平时应以知识点为核心，演变多种条件，引导学生思考，培养学生的科学思维能力，应变能力，实验探究及创新能力。

3.解决电学实验题时一定要牢牢抓住题目的核心知识不变这一思想.把核心知识、方法进行总结和归纳是提高能力的首要保证。掌握方法之后辅以一定量的变式训练，使学生的科学思维得到充分的锻炼，达到知识和方法的统一内化。

研究历年的高考实验电学题，抓住题目的核心知识，平常复习训练时加以强化和变化，有助于不断的提高学生的思维能力和解决实际问题的能力，进一步提高学生的物理学科素养，落实核心素养的要求.同时研究历年相似的高考题对把握高考改革的方向，知识点的考查具有重要的指导意义。

[ 参  考  文  献 ]

[1]林崇德.《21世纪学生发展核心素养研究》[M].北京：北京师范大学出版社，2016：1.

[2]魏佳兵.《一道电学实验题最佳求解的探究》[J].物理教师，2010（03）.