基础与能力兼顾 落实物理核心素养——2021年全国甲卷电学实验题赏析及启示

洪英兰

(福建省三明市第二中学 365000)

基金项目：本文系福建省教育科学“十三五”规划课题“在山区高中实施物理创新教学的策略与实践研究”(课题编号：FJJKXB20-702)的阶段性研究成果.

《高考考试大纲》要求考查物理的5种能力：理解能力、推理能力、分析综合能力、应用数学处理物理问题能力、实验能力.2021年全国甲卷电学实验题内容丰富，对考生的综合能力要求较高，试题重视实验的基础性、实验素养等关键能力，很好地考查考生“科学探究”素养，对高中物理实验教学和高考电学实验复习具有积极导向作用.

1 2021年全国甲卷实验题赏析及启示

原题呈现：某同学用图1所示电路探究小灯泡的伏安特性，所用器材有：

小灯泡(额定电压2.5V，额定电流0.3A)

电压表(量程300mV，内阻300Ω)

电流表(量程300mA，内阻0.27Ω)

定值电阻R0

滑动变阻器R1(阻值0-20Ω)

电阻箱R2(最大阻值9999.9Ω)

电源E(电动势6V，内阻不计)

开关S、导线若干.

完成下列填空：

(1)有3个阻值分别为10Ω、20Ω、30Ω的定值电阻可供选择，为了描绘小灯泡电流在0～300mA的U-I曲线，R0应选取阻值为____Ω的定值电阻；

(2)闭合开关前，滑动变阻器的滑片应置于变阻器的____(填“a”或“b”)端；

(3)在流过电流表的电流较小时，将电阻箱R2的阻值置零，改变滑动变阻器滑片的位置，读取电压表和电流表的示数U、I，结果如图2所示.当流过电流表的电流为10mA时，小灯泡的电阻为____Ω(保留1位有效数字)；

图2

(4)为使得电压表满量程时对应于小灯泡两端的电压为3V，该同学经计算知，应将R2的阻值调整为____Ω.然后调节滑动变阻器R1，测得数据如下表所示：

U/mV24.046.076.0110.0128.0152.0184.0216.0250.0I/mA140.0160.0180.0200.0220.0240.0260.0280.0300.0

(5)由图2和上表可知，随流过小灯泡电流的增加，其灯丝的电阻____(填“增大”“减小”或“不变”)；

命题意图试题要求考生用伏安法，测量小灯泡工作时的实际电压U与电流I，利用U-I图像和列表法求小灯泡实际电阻和实际功率.命题者创设情境：提供电压表的2个参数(电压与电阻)，让考生分析并判断，因电压表量程太小，需要改装扩大量程；因电压表内阻远大于小灯泡电阻，不考虑电压表的分流作用；让考生应用串联电路的特点与欧姆定律等知识解决问题，考查考生对基本概念和规律的理解，很好地实现了试题的选拔功能.

启示试题没有复杂的背景，对知识点覆盖全面，设问层层递进,具有很强“选拔性”功能.分析清楚电路的结构是解题的前提，理解实验原理是解题的关键，试题创新度较高，考生要把熟悉模型进行迁移，要利用串并联电路、欧姆定律等基本原理，对电表进行改装，会利用题中测量的数据进行相关问题计算.试题很好地考查考生的逻辑思维和运用数学处理数据等能力，很好落实物理学科的学科素养.

2 教学建议

电学实验内容丰富，考查比较综合全面，对考生的综合能力要求较高， 从历年考生反馈：实验是考生失分较多的题目，得分率相对偏低，因此电学实验教学和高三备考的过程中，师生要注重电学实验的基本知识、基本方法，找出规律，进行归类整理，要引导学生进行实验拓展创新和变式训练，培养学生科学思维能力，在备考复习中要有针对性和实效性.

2.1 重视基础实验，提高实验技能

考纲要求考生掌握5个基础电学实验(见表1)，考生要能独立完成实验，要在实验过程中提高发现问题、解决问题等能力，提升物理学科素养.

表1 实验内容与实验技能

高考试题在基础实验上进行变换、组合、改进、创新与拓展，考生要对基础实验原理理解透彻，对电学仪器构造、性能、原理等了如指掌，就能熟练使用、读数，不断提高实验动手能力、提高基本的实验技能.

2.2 加强对实验电路的复习

电学实验电路主要由控制电路和测量电路组成.控制电路涉及到滑动变阻器限流式和分压式的接法，起到调节电路中的电压和电流.如:2021全国甲卷，2016全国Ⅰ卷、2017全国Ⅱ卷、2018全国Ⅰ卷,考生只要熟悉两种接法的优缺点，结合实验要求，进行正确仪器连接，问题便可迎刃而解.测量电路主要由被测元件、电流表、电压表、电阻箱(定值电阻)等构成，电学实验中的数据测量，核心问题是电表有内阻的情况下，仪表如何连接，如何改装，如何提高测量精度.如：2014全国Ⅱ卷、2017全国Ⅰ卷涉及电流表接法；2015全国Ⅰ卷、2018全国Ⅱ卷涉及改装电流表；2016全国Ⅰ卷、2017全国Ⅱ卷、今年全国甲卷涉及改装电压表；2017全国Ⅲ卷涉及改装多用电表.

2.3 加强对电阻测量的复习

电学实验的核心是测量电阻.测电路中元件的电阻，方法有：伏安法、等效替代法、电流(电压)半偏法、电桥法等，考生要利用部分电路欧姆定律推导出被测电阻的函数表达式，或根据测量数据运用数学计算出被测电阻.如：2017全国I卷，2018全国Ⅲ卷,涉及利用电表测电阻；2018全国Ⅰ卷, 涉及等效替代法测电阻；2015全国Ⅱ卷，2016全国Ⅱ卷, 涉及半偏法测电阻；2017全国Ⅱ卷, 涉及电桥电路测电阻.测电源的内阻，方法有：伏安法、安阻法、伏阻法等，考生要利用闭合电路欧姆定律推导出内阻的函数表达式，结合对应的图像，明确斜率和截距的物理意义，用图像法求出电源的内阻，该类型很好的考查考生应用数学处理物理问题，难度较大.如：2017全国Ⅰ卷,今年全国乙卷.

2.4 加强对数据记录、分析和处理的复习

数据采集、记录数据、分析和处理数据、得出结论，是考生的一项基本实验技能.如何记录实验数据？如：不同的电表按照不同规则进行读数和记录；题中明确要求保留几位小数或几位有效数字，2017全国Ⅰ卷、Ⅱ卷、Ⅲ卷，2018全国Ⅰ卷、Ⅱ卷涉及数据的记录.处理数据主要方法有：列表法、计算法、平均值法、图像法等.图像法直观，容易判断物理量之间线性或非线性关系，要理解图像的斜率与坐标轴交点物理意义.如：2018全国Ⅰ卷，2021年全国乙卷，涉及利用图像处理数据，得出实验结论.

发展学生的核心素养是深化课程改革的目标，高考命题承担推进课程改革的使命，落实“立德树人”任务.教师关注并研究高考试题的特点及变化，探寻高考备考的有效方法，重视学生关键能力的培养，提高学生物理学科素养，让学生在高考中发挥最佳水平.