2022年高考全国乙卷23题的思考与启示

安徽 徐建强 左开发

高考物理试题起着引领高中物理教学的作用，以伏安法测电阻为例，应引导学生去理解内接法、外接法选择的依据，掌握误差分析的方法，避免出现不做实验而死记“大内大、小外小”等片面结论的现象。本文通过两个思路对比分析2022年高考全国乙卷第23题的电学实验，提出在新课改下电学实验试题应采用真实的数据情境，让认真做实验的学生得到更高的分数，进而促进中学教学重视做实验而不是空口讲实验，使真实情境化的试题能更好地考查学生的探究能力、创新能力，有效落实核心素养。

一、真题再现

一同学探究阻值约为550 Ω的待测电阻Rx在0～5 mA 范围内的伏安特性。可用器材有：电压表(量程为3 V，内阻很大)，电流表(量程为1 mA，内阻为300 Ω)，电源E(电动势约为4 V，内阻不计)，滑动变阻器R(最大阻值可选10 Ω或1.5 kΩ)，定值电阻R0(阻值可选 75 Ω 或150 Ω)，开关S，导线若干。

(1)要求通过Rx的电流可在0～5 mA范围内连续可调，在图1中将所示的器材符号连线，画出实验电路的原理图；

图1

(2)实验时，图1中的R应选最大阻值为________(填“10 Ω”或“1.5 kΩ”)的滑动变阻器，R0应选阻值为________(填“75 Ω”或“150 kΩ”)的定值电阻；

(3)测量多组数据可得Rx的伏安特性曲线。若在某次测量中，电压表、电流表的示数分别如图2和图3所示，则此时Rx两端的电压为________V，流过Rx的电流为________mA，此组数据得到的Rx的阻值为________ Ω。(保留3位有效数字)

图2

图3

二、试题解析

图4

图5

三、问题再思考

对比以上两种不同分析思路发现，测得的电阻值差别很大，因此不可等同。有同仁认为思路一比较合理，理由有四：其一题中说明电压表内阻很大，可近似为理想电压表；第二采用电流表外接法在记录Rx电压值方面比较简单；第三计算结果548 Ω与题中所给约为550 Ω比较接近；最后题图1中所给电压表与待测电阻并排且与电流表在同一直线上，则揣测命题者意图应该考查电流表外接法。由于官方没有给出具体答案，对此笔者不敢苟同。

四、试题改编

基于以上分析，为了更好地优化试题，使其更加符合高中物理实验条件，避免出现争议，笔者建议试题可以作出三点改动，其一建议去掉电压表“内阻很大”这一条件，其二探究阻值约为550 Ω的待测电阻改其阻值约为500 Ω，其三去掉图1。具体试题呈现如下：

一同学探究阻值约为500 Ω的待测电阻Rx在0～5 mA 范围内的伏安特性。可用器材有：电压表(量程为3 V)，电流表(量程为1 mA，内阻为300 Ω)，电源E(电动势约为4 V，内阻不计)，滑动变阻器R(最大阻值可选10 Ω 或1.5 kΩ)，定值电阻R0(阻值可选75 Ω或150 Ω)，开关S，导线若干。

(1)要求通过Rx的电流可在0～5 mA范围内连续可调，在图6中虚线框内画出实验电路的原理图；

图6

(2)实验时，滑动变阻器R应选最大阻值为________(填“10 Ω”或“1.5 kΩ”)的滑动变阻器，R0应选阻值为________(填“75 Ω”或“150 kΩ”)的定值电阻；

(3)测量多组数据可得Rx的伏安特性曲线。若在某次测量中，电压表、电流表的示数分别如图7和图8所示，则此时Rx两端的电压为________V，流过Rx的电流为________mA，此组数据得到的Rx的阻值为________Ω。(保留3位有效数字)

图7

图8

考生审阅改动后的试题时，可知电流表通过改装扩大量程从而满足0～5 mA的测量范围，由于电压表内阻未知，而改装后电流表内阻60 Ω为已知量，为精确测量被测电阻的电压值和电流值只能采取内接法进行电路图的设计，如图5所示。在内接的条件下电压表两端的最大电压测量值估算为5 mA×(500+60)Ω=2.8 V，不超电压表的量程，验证了内接法的合理性。去掉图1可以更好地考查考生电路图设计的基本能力和规范性，从而避免依据题干中实验器材的符号摆放位置进行机械式的电路设计。针对改编试题的解析，请参照本文中试题解析部分。

五、教学启示

截至目前，仍未得到官方给出的标准答案，若官方参考答案为图4所示的外接法，合理之处在于采用了非常规的高中物理实验室中的电压表进行实验，使得测量电流比较方便。若官方参考答案为图5所示的内接法，则可以看成是对当前高中条件下的实验教学的引导。所以笔者认为在具体阅卷时两种设计方法均可给分。针对伏安法测电阻实验，一线教师应该避免让学生死记“大内大、小外小”的套路，可以尝试从内接法和外接法的实质出发，透析其物理核心本质，切实有效地开展实验教学，要让学生走进实验室，让理论分析和实验操作真正融合在一起，使学生的科学探究素养真正落实。