对2020年高考电学实验题解析与思考

对2020年高考电学实验题的解析与思考

云南省昭通市第一中学 王文钢

摘要：通过分析2020年全国一二三卷对电学实验部分的考查，得出电学实验在物理学和高考中的地位和分量，寻找最基本、最标准的教学模式，让学生在轻松和宽裕的环境下掌握最基本、最原始的物理规律，做到举一反三，触类旁通，做到教学相长。

关键词：
高考 电学实验 实验原理 学科核心素养

《考试说明》中对实验能力的表述为：能在理解的基础上独立完成“知识内容表”中所列的实验；
明确实验目的，理解和控制实验条件；
会用在这些实验中学过的实验方法；
会正确使用在这些实验中用过的仪器；
会观察、分析实验现象；
会处理实验数据并得出结论

每年全国各地高考实验题是我们关注的焦点，其中电学实验题,更是常考常新,精彩纷呈。物理电学实验题在高考物理试题中一直占有相应的比重，高考电学实验力图通过纸笔实验的形式,将实验现场拍摄的场景呈现在考生面前，让考生有身临其境之感,在这样的情境下进行实验操作、体验科学探究的实验情感，进而考查考生的实验能力。虽然,高考电学实验题的面目年年新，但都是对课本实验的加工、深化与迁移，这些实验题注重考查考生的物理学科核心素养、物理实验情感。就对今年高考全国试卷中的三道电学实验题解析如下：

2020年全国高考三卷原题：已知一热敏电阻当温度从10℃升至60℃时阻值从几千欧姆降至几百欧姆，某同学利用伏安法测量其阻值随温度的变化关系。所用器材：电源E、开关S、滑动变阻器R（最大阻值为20 Ω）、电压表（可视为理想电表）和毫安表（内阻约为100 Ω）。

(1)在答题卡上所给的器材符号之间画出连线，组成测量电路图________________。

(2)实验时，将热敏电阻置于温度控制室中，记录不同温度下电压表和亳安表的示数，计算出相应的热敏电阻阻值。若某次测量中电压表和毫安表的示数分别为5.5 V和3.0 mA，则此时热敏电阻的阻值为_____kΩ（保留2位有效数字）。实验中得到的该热敏电阻阻值R随温度t变化的曲线如图（a）所示。

(3)将热敏电阻从温控室取出置于室温下，测得达到热平衡后热敏电阻的阻值为2.2kΩ。由图（a）求得，此时室温为_____℃（保留3位有效数字）。

(4)利用实验中的热敏电阻可以制作温控报警器，其电路的一部分如图（b）所示。图中，E为直流电源（电动势为10 V，内阻可忽略）；
当图中的输出电压达到或超过6.0 V时，便触发报警器（图中未画出）报警。若要求开始报警时环境温度为50 ℃，则图中_________（填“R1”或“R2”）应使用热敏电阻，另一固定电阻的阻值应为_________kΩ（保留2位有效数字）。

【答案】 (1). (2). 1.8 (3). 25.5 (4). R1 (5). 1.2

【详解】(1)滑动变阻器的最大阻值为20Ω，而热敏电阻从几千欧姆降至几百欧姆，明显属于小控大现象，所以滑动变阻器用分压式；
电压表可视为理想表，所以用电流表外接法。此问考查电学实验中最基本问题：1滑动变阻器的连接是分压式还是限流式2安培表是内接法还是外接法。

(2)(3)省略

(4)温度升高时，该热敏电阻阻值减小，分得电压减少。而温度高时要求输出电压升高，以触发报警，所以R1为热敏电阻。

由图线可知，温度为50℃时，R1 =0.8kΩ，由欧姆定律可得，

代入数据解得

此问虽然考查考生对基本电路的分析，但同时注重了实验操作和理论分析，要求能用图像法处理实验数据，也注重了对考生物理学科核心素养的考查。

2020年全国高考二卷原题：某同学要研究一小灯泡L（3.6 V，0.30 A）伏安特性。所用器材有：电流表A1（量程200 mA，内阻Rg1=10.0 Ω），电流表A2（量程500 mA，内阻Rg2=1.0 Ω）、定值电阻R0（阻值R0=10.0 Ω）、滑动变阻器R1（最大阻值10 Ω）、电源E（电动势4.5 V，内阻很小）、开关S和若干导线。该同学设计的电路如图（a）所示。

（1）根据图（a），在图（b）的实物图中画出连线______。

（2）若I1、I2分别为流过电流表A1和A2的电流，利用I1、I2、Rg1和R0写出：小灯泡两端的电压U=_______，流过小灯泡的电流I=_______。为保证小灯泡的安全，I1不能超过_______mA。

（3）实验时，调节滑动变阻器，使开关闭合后两电流表的示数为零。逐次改变滑动变阻器滑片位置并读取相应的I1和I2。所得实验数据在下表中给出。

根据实验数据可算得，当I1=173 mA时，灯丝电阻R=_______Ω（保留1位小数）。

（4）如果用另一个电阻替代定值电阻R0，其他不变，为了能够测量完整的伏安特性曲线，所用电阻的阻值不能小于_______Ω（保留1位小数）。

【答案】 (1). (2). (3). (4). 180 (5). 11.6 (6). 8.0

【详解】此题跟卷三电学实验类似，滑动变阻器都是分压式，应用的原理都是欧姆定律，处理问题的方法都是基本电路的分析，数据处理有卷三的图像转化为此题的图表。电学实验原理是求解实验题的出发点和依据，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，找出物理量之间的关系。

（1）实物连图，是学习电学实验的基本功，但分压式实物连图还是比较复杂的，要注意以下四点：①各线不能交叉②电流从各电表的正极流入，负极流出③滑动变阻器最易出错，一定搞清四个接线柱在都在什么地方，连成分压式④为避免整体画错或者不会画，可以看原理图里面有几个回路，一个一个回路地画。

（2）①根据电路图可知灯泡两端的电压为电流表A1和R0的总电压，故根据欧姆定律有

②根据并联电路特点可知流过小灯泡的电流为

③因为小灯泡的额定电压为3.6V，故根据题目中已知数据带入①中可知I1不能超过180mA；

（3）根据表中数据可知当I1=173mA时，I2=470mA；
根据前面的分析代入数据可知此时灯泡两端的电压为U=3.46V；
流过小灯泡的电流为I=297mA=0.297A；
故根据欧姆定律可知此时小灯泡的电阻为

（4）要测量完整的伏安特性曲线则灯泡两端的电压至少要达到3.6V，而电流表A1不能超过其量程200mA，此时结合①有

3.6=0.2(10+ R0)

解得，即要完整的测量小灯泡伏安特性曲线所用电阻的阻值不能小于。

2020年全国高考一卷原题：某同学用伏安法测量一阻值为几十欧姆的电阻Rx，所用电压表的内阻为1 kΩ，电流表内阻为0.5Ω。该同学采用两种测量方案，一种是将电压表跨接在图（a）所示电路的O、P两点之间，另一种是跨接在O、Q两点之间。测量得到如图（b）所示的两条U–I图线，其中U与I分别为电压表和电流表的示数。

回答下列问题：

（1）图（b）中标记为II的图线是采用电压表跨接在________（填“O、P”或“O、Q”）两点的方案测量得到的。

（2）根据所用实验器材和图（b）可判断，由图线________（填“I”或“II”）得到的结果更接近待测电阻的真实值，结果为________Ω（保留1位小数）。

（3）考虑到实验中电表内阻的影响，需对（2）中得到的结果进行修正，修正后待测电阻的阻值为________Ω（保留1位小数）。

【答案】 (1). 、 (2). I (3). (4).

【详解】此题为卷一第一个实验题，题目情景很熟悉，为电流表的内外接法的考查，所谓伏安法测电阻中的内外接法是相对电流表而言的，无论内接还是外接，由于电表内阻的影响，都会给测量带来影响，合理选择接法可以减少误差。按道理该题应该属于偏简单的，但现在高中生有一个共同特点，不喜欢做实验，这样一来对电学实验就只能是死记硬背，而这道题恰好找到考生的弱点，数据的处理和图像相结合，通过图像算出实验数据。

(1)若将电压表接在、之间， 则

根据一次函数关系可知对应斜率为。

若将电压表接在、之间，电流表分压为

根据欧姆定律变形可知 解得

根据一次函数可知对应斜率为，对比图像的斜率可知

所以II图线是采用电压表跨接在、之间。

（2）因为待测电阻为几十欧姆电阻，通过图像斜率大致估算待测电阻为左右，根据

说明电流表的分压较小，电流表的分流较大，所以电压表应跨接在、之间，所以选择图线I得到的结果较为准确。

（3）根据图像可知

（4）考虑电流表内阻，则修正后的电阻为

高考电学实验试题，能够很好地考查学生科学思维能力和科学探究的核心素养。卷一是最基本的安培表的内外接，卷二和卷三均是分压式外接法，在电学实验里面都属于基本常规类型，电学实验创新拓展源于最基本的实验原理，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，知道每一个实验的实验目的，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（如卷二和卷三），要注意从原理出发理解实验方法，找出图像中物理量之间的关系，因此考生要对课本上的每一个实验做到心中有数，高考实验试题从哪里来？其实这些高考电学实验试题并不是深不可测的，这些试题来源于我们的教材来，源于我们的生活，在复习过程中我们要有效整合、利用相关资源。抓基础就抓住了高考，抓基本原理就抓住了根本，最基本的电学实验模型才是物理的根源，这是我们应该坚持的教学方向，也是培养学科核心素养的有效途径。

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