灵活运用物理原理与方法 提升学科核心素养

摘 要：对2019年高考理综新课标卷Ⅲ物理第23题评析，分析试题的特点及创新之处，并对考查的知识进行拓展，提出教学建议。

关键词：试题评析;拓展延伸;教学建议

一、 试题及其解析

【原题】 某同学欲将量程为100μA，内阻为 98.5Ω的电流表改装成欧姆表并进行刻度和校准，要求改装后电流表表盘的50μA刻度正好对应欧姆表的15kΩ刻度。提供以下可选用的器材：干电池（E=1.5V，r=1.5Ω），电阻箱（0～99999.9Ω），定值电阻R0（阻值14kΩ），滑动变阻器R1（最大阻值500Ω），滑动变阻器R2（最大阻值1500Ω）红、黑表笔和导线若干。

（1）欧姆表设计

某同学先将图（a）中的实物连线组成欧姆表。欧姆表改装好后，滑动变阻器R接入电路的电阻应为   Ω：滑动变阻器选   （填“R1”或“R2”）。

（2）刻度欧姆表表盘

通过计算，对整个表盘进行电阻刻度，如图（b）所示。表盘上a、b处的电流刻度分别为25和75，则a、b处的电阻刻度分别为。

（3）校准

先将红、黑表笔短接，调节滑动变阻器R2，使欧姆表指针指向kΩ处;再将红、黑表笔与电阻箱连接，记录多组电阻箱接入电路的电阻值及欧姆表上对应的测量值，完成校准数据测量。若校准某刻度时，电阻箱旋钮位置如图（c）所示，则电阻箱接入的阻值为Ω。

【解析】 （1）由题意可知当两表笔间接入15kΩ的电阻时，电流表示数为50μA，由闭合电路欧姆定律得Ig2=ER+Rg+R0+r+Rx，代入数据解得R=900Ω，所以滑动变阻器应选择R2。

（2）设a、b处的电阻刻度分别为R3、R4，当电流为 25μA 时，有Ig4=ER2+Rg+R0+r+R3，解得R3=45kΩ。当电流为75μA时，有3Ig4=ER2+Rg+R0+r+R4，解得R4=5kΩ。

（3）在欧姆表的使用过程中，先将红黑表笔短接，调节滑动变阻器，使欧姆表指针指向0kΩ处。正确读出电阻箱的读数为35kΩ。

二、 试题评价

本题源于鲁科版教材《物理》3-1第77页多用电表的原理。主要考查将电流表改造成欧姆表，并对其进行刻度和校准，在考查知识的同时，注重对欧姆表原理与方法核心素养的考查，要求考生理解实验原理与方法后，在题目提示下完善科学探究方案，能通过题中所给数据，用学过的闭合电路欧姆定律等物理知识解决滑动变阻器的选择和欧姆表表盘电阻刻度的标定问题，并能正确使用电阻箱对欧姆表上对应的测量值完成校准数据测量。试题第①问凸显命题老师用连线的方式考查学生，相对往年试题红黑表笔接在哪里更有难度。

第②问设问巧妙，要求考生在明确原理的基础上进行数据处理，从而进行表盘刻度。第③问的校准过程，巧妙地考查欧姆表的操作实践过程，同时又考查电阻箱的读数。突出对基本知识和基本技能的考查，有助于改变电学实验片面求深、求难的教学现状。

三、 试题拓展和迁移

1. 小明同学在学完《多用电表的原理与使用》后自制一个简易欧姆表。电路如图甲所示，尚未标注电阻刻度值。其中毫安表的满偏电流Ig=5mA、内阻Rg=20Ω。

（1）小明同学用如下实验步骤测量图甲中电源的电动势E：

①将红、黑两表笔短接，调节滑动变阻器R0使毫安表指针达到满偏;

②将红、黑表笔接在阻值为200Ω的电阻之间，毫安表指针此时位置如图乙所示，该读数为mA;

③由①②步骤计算得出电源的电动势E=V。

（2）接著，他在满偏电流为5.00mA的位置标上0Ω，在电流为2.00mA的位置标上   Ω，并在其他电流的位置标上相应的电阻刻度值。

（3）小明同学为了减小电池老化带来的误差，他巧妙地利用一个电压表对原电阻刻度值进行修正。具体步骤为：将欧姆表的红、黑表笔短接，调节滑动变阻器R0使指针达到满偏电流5mA;再将电压表接在两表笔之间，此时欧姆表示数为1200Ω，电压表示数为1.16V，则电压表的内阻为Ω，原电阻刻度值300Ω应修改为Ω。

评析：拓展试题与高考原题有相似之处，都是考查制作简易欧姆表，并对表盘进行欧姆刻度。但拓展试题考查角度及能力要求等方面比高考题有所提高。主要表现在以下几个方面：（1）拓展试题第①问增加了电流表的读数，要两次利用闭合电路欧姆定律联立方程求解电动势，能力要求有所提高。（2）拓展试题第③问，将高考试题用电阻箱对欧姆刻度的校对改为巧妙地利用一个电压表对原电阻刻度值进行修正，要求学生会利用闭合电路欧姆定律进行计算，计算出原电阻刻度值300Ω应修改为290Ω，能力要求大大提高。

2. 小明同学在学完《多用电表的原理与使用》后自制一个测量小电阻的欧姆表。设计电路如图所示。其中表头G的量程Ig=600μA、内阻Rg=500Ω，干电池的电动势E=1.5V、内阻r=0.5Ω，R1为滑动变阻器，Rx为被测电阻。

（1）小明同学先将表头G与定值电阻R0并联，改装成一个量程为0.3A的电流表，改装后电流表的内阻R′g=Ω。

（2）小明同学将红、黑表笔与被测电阻Rx断开，闭合开关S，调节滑动变阻器R1，使表头G指针达到满偏电流600μA。

（3）保证R1阻值不变，将红、黑表笔接在Rx两端，接入不同的Rx时，表头G指针偏转的角度不同，这样对应一个表头G的电流值就对应一个定值电阻。因此可以把表头G表盘的电流刻度改成相对应的电阻刻度，就可以用来测量电阻的大小，则原表头G表盘电流刻度0μA处对应的电阻刻度值应为Ω，300μA处对应的电阻刻度值R比R′g（填“大”或“小”）。

（4）假设干电池使用一段时间后，内电阻r变大，但电动势E几乎不变，小明同学重新进行步骤（2）后，再用该欧姆表去测电阻，则测量值R′x与被测电阻的真实阻值Rx相比（填“偏大”“偏小”或“不变”）。

评析：拓展试题与高考试题最大的区别在于电阻表盘刻度的区别。高考试题的电阻表盘刻度是电阻零刻度对应在电流表电流满偏的位置，拓展试题的电阻表盘刻度是电阻零刻度对应在电流表为零的位置，同时本题把电流半偏法测电阻的误差分析也巧妙地融合进去，只有学生真正理解实验原理才能完成实验，能力要求也大大提高。

四、 教学建议

近几年高考对多用电表的考查试题很多，因此在高三备考复习中要重点复习以下几个方面：1. 多用电表的原理。2. 多用电表的读数。3. 欧姆表表盘设计、刻度欧姆表表盘、校准、误差分析。4. 多用电表的操作实践。

作者简介：

胡冰琳，福建省龙岩市，福建省连城县第一中学。