关注学科核心素养 体验物理实验情感

1、关注学科核心素养 体验物理实验情感陶汉斌摘要每年高考物理电学实验题都是学生关注的焦点，相关考题常考常新，精彩纷呈。电学实验复习给学生的感觉就是摸不着头脑，“一听就懂，一做就错，考试时得不到什么分数。其实这些实验题，虽然面目年年新，但都源于课本知识的加工和深化，注重考查物理学科核心素养。要解答好这些实验题，就要求学生在实验时要注意体验物理实验情感，要真实做过相关实验。近几年就是通过现场拍摄实验场景，将照片呈现在考生面前，让考生有身临其境之感，最后进行实验操作，体验科学探究的实验情感，同时也能有效考查考生的物理学科核心素养。关键词电学实验；核心素养；实验情感；身临其境；科学探究中图分类号G633.

2、7文献标识码A文章编号16746058202102021704一、电学实验要求的演变每年电学实验试题注重考查考生的学科素养，考查考生是否真正做过这个实验。如实验仪器认不认识，有没有到过实验室，有没有做过实验。实验题注重实验操作与理论分析，要求能用图像法处理实验数据，也注重对考生物理学科核心素养的考查。我们可回忆近几年高考电学实验试题的演变。2021年实验试题表达了做过与没做过实验的区别；2021年实验试题表达了在新情境下会用学过的物理知识和规律进行探究；2021年实验试题要求不仅懂得实验器材的合理选用，并了解其功能，更要求能结合所测物理量的性质，正确处理实验数据，更加关注整个实验过程；2021

3、年两个实验题都是通过拍摄真实的实验场景，考查学生对实验操作、仪器读数等根本物理素养，表达了新课改对知识获取过程的关注。近三年的高考实验试题中，出现了将相近的几个实验“类聚在一起，让考生识别的情况，这种“组合比照实验是高考实验的一个新亮点。二、电学实验考查的根本模式近几年来，由于现代科技的开展，物理实验的考查方式也在不断创新。其根本模式就是现场拍摄实验场景，将照片呈现在考生面前，让考生模拟实验场景，进行实验操作，体验实验情感。我们可用图1展示实验考查的流程。三、电学实验考查的根本原理物理原理是求解实验题的出发点和依据。如果没有理论指导，就容易弄错解题方向。电学实验虽然复杂，但其根本原理是非常简洁

4、的，这些原理大致有：1局部电路欧姆定律I=U/R，这一原理可以演变成伏安法测电阻、测小灯泡伏安特性曲线、测金属的电阻率；2闭合回路欧姆定律I=U/R+r，这一原理可以演变成测电源电动势和内电阻U=E-Ir；3串并联电路的原理。四、高考电学实验题考查的实验实验六：伏安法测电阻。实验七：探究导体电阻与其影响因素的定量关系。实验八：描绘小灯泡的伏安特性曲线实验。实验九：测定电池的电动势和内阻。实验十：练习使用多用电表。五、电学实验考查的焦点问题1.根本仪器的读数高考物理实验题肯定要涉及根本仪器及其根本操作，这是学生应该具备的最根本的科学实验素养。如电学中的电流表、电压表、多用电表、滑动变阻器、电阻箱

5、等仪器，对以上根本实验仪器要掌握其构造原理、操作方法、量程的选取等。1游标卡尺、螺旋测微器的读数技巧记住两点：一是所有读数一定以毫米为单位并注意主尺刻度对应的毫米数，根据结果再变换单位。二是以毫米为单位，小数点后数字应注意：螺旋测微器是3位；20分度和50分度游标卡尺是2位；10分度游标卡尺和毫米刻度尺是1位。2电压表、电流表、多用电表的读数技巧对电表读数问题，先要弄清楚电表的精确度，即每小格的数值，再确定估读的方法，精度为10.1，0.01要估读到下一位，精度为20.2，0.02或50.5，0.05的估位就在精确位，也就是相当于不需要估读。多用电表在读数时，最上排不均匀刻度为测电阻时读数刻度

6、，读出表盘刻度后应乘以挡位倍率；中间刻度是均匀的，为测量电压和电流的读数刻度，下面三排数字是为方便读数而标注的；最下排刻度专为测量2.5V以下交流电压所用，一般较少使用。【例1】正确读出如图2中仪器的读数。游标卡尺的读数为mm，螺旋测微器的读数为mm，假设用多用电表的电阻“×10挡进行测量，那么电阻约为。解析：游标卡尺的读数为L=50mm+3×0.05mm=50.15mm，不需要估读；螺旋测微器的读数为D=4mm+0.5mm+20.0×0.01mm=4.700mm，要估读到下一位；多用电表的读数为R=22×10=220。此题答案：50.15mm；4.70

7、0mm；220。点评：仪器读数时涉及有效數字问题，一般情况下均要估读到下一位。游标卡尺、秒表、电阻箱不需要估读，精度为20.2，0.02或50.5，0.05的估位就在精确位。2.滑动变阻器在实验过程中，由于要测量多组数据，一般都要用到滑动变阻器。连接电路时，要正确选择滑动变阻器的接法分压式、限流式，如何选呢？1通常情况下，由于限流电路能耗较小，因此，优先考虑限流式接法。2在下面三种情况下必须要选择分压式接法。要求待测电阻的电压从零开始连续变化，多测几组数据，实验更加精确。题目所提供的实验仪器，电表量程或待测电阻的最大允许电流小于限流电路中的最小电流。滑动变阻器总电阻远小于被测电阻。【例2】如图

8、3为某一热敏电阻电阻值随温度的改变而改变，且对温度很敏感的I-U关系曲线图。1为了通过测量得到图3所示I-U关系的完整曲线，在图4和图5两个电路中应选择的是图；简要说明理由：。电源电动势为9V，内阻不计，滑动变阻器的阻值为0100。2在图6电路中，电源电压恒为9V，电流表读数为70mA，定值电阻R1=250。由热敏电阻的I-U关系曲线可知，热敏电阻两端的电压为V；电阻R2的阻值为。解析：1图4中的滑动变阻器为分压式接法，图5中的滑动变阻器为限流式接法。在分压电路中，滑片移至最左端时热敏电阻电压为零，滑到最右端时热敏电阻两端电压最大电源内阻很小，Umax=E，显然电压的调节范围是0E，完全满足题

9、目要求。而在限流电路中滑片移到最左端时，热敏电阻两端电压最小为Umin=ER+R0+r·R，滑到最右端时电压最大为Umax=E，其电压变化范围为ERR+R0+rE，很明显限流电路的电压变化范围小，不能测出全部图线所需数据。2流过电阻R1的电流为I1=UR1=9250A=36mA，所以流过热敏电阻的电流为I=I总-I1=70-36=34mA。在伏安特性曲线上可以看出，当I=34mA时，电压U=5.2V，R2两端的电压U2=U总-U=9-5.2=3.8V，所以R2=U2I2=3.80.034=111.8。点评：实验过程中要画图线时，要求数据范围比较大宽广，所以电路应用分压式接法。而利用所

10、得的图线分析物理规律时，一定要理解图线上每一个点的物理内涵。3.电学实验中的电表处理方法在高考物理实验题中，对“电表处理能力的考查是近几年高考实验题的一大亮点。在复习电学实验中，分析测量电表内阻的方法时，学生往往感觉比较困难。其原因在于没有搞清楚这些电表的本质，对电表比较陌生，往往“谈表色变。其实电表本身也是一个实实在在的会“说话的电阻，不要把电表看得深不可测，它毕竟也是一个非常普通的电阻。只不过电流表电阻比较小，但绝不等于零，而电压表电阻比较大，但绝不是无穷大。【例3】某电流表的内阻为0.11，现在要测量内阻，实验室提供以下可选用的器材：A.待测电流表A量程0.6A；B.电压表V1量程3V；

11、C.电压表V2量程15V；D.滑动变阻器R1最大阻值10；E.定值电阻R0电阻5；F.电源E电动势4V；G.开关S及连接导线假设干。1为使实验更精确，电压表应选用。填写序号2为了尽量减小误差，要求测多组数据，试在虚线方框中画出符合要求的实验电路图。3在选择适宜的电路的根底上，假设测得电流表读数为I，电压表读数为U，试推出测定电流表内阻RA的原理表达式。解析：此题是最常见的利用伏安法测量电阻，由于电流表本身能测出自己的电流，因此只要测出待测电流表两端的电压就能算出电流表的内阻。但由于该电流表两端所能承受的电压比较小，故可用串联一个电阻R0的方法来保护电流表。滑动变阻器R1的阻值为10，与电流表的

12、电阻相差悬殊，根据实验的设计要求，应该用并联分压式接法，电压表应该选择电压表V1。此题正确答案为：1电压表就选B。2设计的电路图如图7所示。3电流表内阻RA的原理表达式为：RA=UI-R0点评：在上述物理实验题中，其根本原理就是伏安法测量电阻，而电流表本身也是一个电阻，所以可用串并联的知识解决问题。切记电表也是一个非常普通的电阻，只不过它自己会表白自己的电压或电流。4.电学实验中的“伏安法“伏安法的广泛意义应该是指电路中既有电压表，也有电流表，设电压表的读数为U，电流表的读数为I，如果两者相除R=U/I就是伏安法测得的电阻值；如果两者相乘P=UI就可用，测量小灯泡的功率了；如果两者组合成U=E

13、-IR，那就是伏安法测电动势与内电阻了。在具体设计实验时，要做好下面三项工作。1选器材：一般根据待测电阻的额定电流或额定电压选择符合要求的电源；根据电源的电动势或待测用电器的额定电压选择电压表；根据待测电路的最大电流选择电流表；电表的指针摆动的幅度不宜太小，一般应使指针能到达量程的1/3以上。2控制电路的选择：滑动变阻器的两种接法，并联分压式接法与串联限流式接法。3测量电路的选择：电流表内接与电流表外接法的选择，选择方法列表如下。【例4】表格中所列数据是测量小灯泡U-I关系的实验数据：1分析上表内实验数据可知，应选用的实验电路图是图8中的填“甲或“乙。2在方格紙内画出小灯泡的U-I曲线，如图9

14、所示。分析曲线可知，小灯泡的电阻随I变大而填“增大“减小或“不变。3如图丙所示，用一个定值电阻R和两个上述小灯泡组成串并联电路，连接到内阻不计、电动势为3V的电源上。流过电阻R的电流是流过灯泡b电流的两倍，那么流过灯泡b的电流约为A。4将两个上述小灯泡并联在电动势为1.5V，内阻为2.0的某电池两端，那么每个小灯泡的实际功率为W。解析：1图甲电路中变阻器采用分压式接法，可以使灯泡获得从零开始变化的电压，符合图中数据的要求。应选用图甲所示的电路。2描点作图，将表中数据逐一描点后用平滑曲线连接，如图10中的曲线所示，发现随电流I的增大，曲线变陡，说明电阻随I变大而变大。从曲线上可以看出，灯泡的电阻

15、随I变大而增大。3据题意有E=Ua+Ub，=3V，Ia=3Ib，从所作的图线可以查出：Ia=0.210A，Ib=0.070A，Ua=2.7V，Ub=0.30V，因此流过灯泡b的电流为0.070A。4设每个灯泡的电流为I、电压为U，根据闭合电路欧姆定律E=U+2Ir，可得U=1.5-4r，通过描点作图可知，此图线与小灯泡的伏安特性曲线交于一点，如图10所示，此交点的坐标值正是小灯泡此时的电压与电流，U=0.9V，I=0.04A，这样我们就可算出每个灯泡的功率为P=UI=0.126W。点评：小灯泡的伏安特性曲线，关键在于作图，描出各数据点后，要用一条光滑的曲线把它们连接起来。由于测量数据时可能会出

16、现误差甚至错误，为此应根据大多数测量数据点的分布画出平滑的曲线，尽可能使数据点在图线上，或均匀地分布在图线两侧。假设个别数据点偏离图像较远，说明该数据有过失，应舍弃不用。5.利用图线处理實验数据实验数据处理是实验的重要环节，在高中阶段，其方法主要有公式法、列表法、图像法等，利用图像法分析处理实验数据时要特别注意几个问题：1物理图像与数学函数的一一对应关系，利用一次函数、二次函数的一些特点分析有关问题；2截距和斜率表示的物理意义；3图像中的点、线、面所表达的物理意义；4坐标原点和坐标平移。【例5】如图11所示，虚线方框内是由电阻、电源组成的一个线性网络电路，为了研究它的输出特性，将电流表、电压表

17、、滑动变阻器按图11的方式连接在它的输出端A、B之间。电键S闭合后，实验中记录6组电流表示数I、电压表示数U的读数后，描点如图12所示。1在图12的坐标纸上画出U-I图线。2假设将方框内的电路等效成电动势为E、内电阻为r的电源，从图线上求出电源的电动势E=V，内电阻r=。解析：我们可根据下面的步骤解题。1列出物理公式伏安法测电源电动势的原理是闭合电路欧姆定律，公式为I=E/R+r，路端电压为U=IR。2演变函数关系根据图线的要求，纵坐标为U、横坐标为I，可得函数关系为U=-rI+E。因此可将图12中的点连成一条直线，可得到图13所示的图像。3寻找对应关系将所得公式U=-rI+E与y=kx+b进

18、行一一对应，理解截距和斜率的物理意义。可直接得到在纵坐标上的截距为b=E=1.43V，同时可求得直线的斜率为k=-r=1.0-1.430.63=-0.68，所以内电阻为r=0.68。点评：从物理原理出发，根据图线中纵坐标与横坐标的要求，演变函数关系，将原始的物理公式转化成相应物理量的函数关系。将演变后物理量之间的函数关系与数学函数关系进行一一比照，寻找对应关系。在识图时要让学生充分理解图线中“点、线、面的物理内涵。点：坐标原点、截距点、交点、极值点、拐点；线：直线或曲线的斜率；面：图线与坐标轴所围的面积。作图根据数据作图，识图从图中获取有效信息，用图利用图像法解题，在作图、识图、用图的过程中逐步提高学生的综合分析能力。六、电学创新拓展实验与核心素养的培养高考电学实验试题，能够很好地考查学生科学思维能力与科学探究的核心素养。电学创新拓展实验源于最根本的实验原理，电学实验原理是求解实验题的出发点和依据。在具体电学实验复习教学中，要让学生认真完成课本上的每一个实验，知道每一个实验的目的，掌握每一个实验的原理，熟悉每一个实验的步骤，领会每一个实验步骤的作用，学会每一个实验仪器的使用，学会每一个实验的处理方法，弄清每一个实验误差的来源，等等。对于给出实验电路图的创新性实验，要注意从原理出发，理解实验方法，找出图像中两个物理量之间的关系，理想图像中图线的斜率和截距的物理意义。对于设计性实验