何錦興

【摘要】? 為了落實(shí)核心素養(yǎng)的要求，近年高考從知識(shí)立意到能力立意再過(guò)度到核心素養(yǎng)立意考查。本文以近年電學(xué)實(shí)驗(yàn)中關(guān)于小電珠U-I圖像實(shí)際應(yīng)用的考查為例，探究這類題型變化的方向及解題的思路，獲得一些落實(shí)核心素養(yǎng)的啟示，以供探討。

【關(guān)鍵詞】? 核心素養(yǎng) U-I圖像 伏安特性曲線 電功率 小電珠

【中圖分類號(hào)】? G633.7 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】? A 【文章編號(hào)】? 1992-7711（2020）05-064-02

科學(xué)素養(yǎng)是核心素養(yǎng)的重要組成部分，“創(chuàng)新精神，實(shí)踐能力，解決實(shí)際問(wèn)題的能力”又是科學(xué)素養(yǎng)的核心。學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)重在自然學(xué)科，基礎(chǔ)學(xué)科，物理作為一門實(shí)踐性很強(qiáng)的自然學(xué)科，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力，實(shí)踐能力發(fā)揮著非常重要的作用。

高考，作為一個(gè)選拔人才的高地，物理題目也是越來(lái)越重視對(duì)實(shí)際問(wèn)題解決能力的考查。電學(xué)實(shí)驗(yàn)中小燈泡電阻會(huì)隨著實(shí)際工作電壓的變化而變化，進(jìn)而引起電功率的變化，求解其實(shí)際功率時(shí)不能簡(jiǎn)單的套用公式P=I2R或者P=U²/R.解決這類問(wèn)題的關(guān)鍵在于利用U-I圖像確定小電珠的工作點(diǎn)（工作電壓、工作電流）。對(duì)小電珠實(shí)際功率的考查既反映出學(xué)生的分析能力、解決問(wèn)題能力及創(chuàng)新能力，又反映出教學(xué)過(guò)程中落實(shí)科學(xué)素養(yǎng)的效果，已成為近年高考考查的重點(diǎn)，先以一道簡(jiǎn)單的練習(xí)題為例。

例題1：如圖所示，已知小電珠的伏安特性曲線，當(dāng)用這只小電珠直接與電動(dòng)勢(shì)為3 V、內(nèi)阻為1 Ω的電源組成閉合回路，問(wèn)小電珠的功率多少？

解析：小電珠兩端電壓就是路端電壓，流過(guò)電源的電流就是小電珠的電流，解題的關(guān)鍵在于要明確小電珠兩端的電壓即路端電壓，需找到路端電壓與流過(guò)小電珠電流之間的關(guān)系：U=E-Ir即U=-I+3，?。↖=0，U=3V），（I=0.5A，U=2.5V）在圖上畫出路端電壓隨電流的變化關(guān)系圖，與小電珠伏安特性曲線的交點(diǎn)（0.50A，2.50V）就是小電珠的工作電壓，工作電流，所以P=UI=1.25 W.

圖1

從這道題目可以看出，考查的知識(shí)點(diǎn)是書本中關(guān)于路端電壓隨電流變化的這一核心知識(shí)，題目的條件會(huì)千變?nèi)f化，要從問(wèn)題看本質(zhì)，要追根溯源，找到閉合電路歐姆定律這一核心知識(shí)，找到源，問(wèn)題就容易解決了。解題時(shí)應(yīng)牢牢的抓住解決問(wèn)題的核心主干知識(shí)，其方法如圖2所示：

圖2

2017年全國(guó)乙卷電學(xué)實(shí)驗(yàn)第（3）問(wèn)在此知識(shí)點(diǎn)考查上有所變化，更貼近物理知識(shí)的生活情境化，突出考查學(xué)生知識(shí)遷移的能力，解決實(shí)際問(wèn)題的能力，落實(shí)核心素養(yǎng)的情況，題目具有較強(qiáng)的選拔理科尖子生的功能。

例題3：（2017·高考全國(guó)卷乙）某同學(xué)研究小燈泡的伏安特性.所使用的器材有：小燈泡L（額定電壓3.8V，額定電流0.32A）;電壓表V（量程3V，內(nèi)阻3kΩ）;電流表A（量程0.5A，內(nèi)阻0.5Ω）;固定電阻R0（阻值1000Ω）;滑動(dòng)變阻器R（阻值0～9.0Ω）;電源E（電動(dòng)勢(shì)5V，內(nèi)阻不計(jì)）;開關(guān)S;導(dǎo)線若干。

圖3

（3）用另一電源E0（電動(dòng)勢(shì)4 V，內(nèi)阻1.00 Ω）和題給器材連接成圖（b）所示的電路，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器R的阻值，可以改變小燈泡的實(shí)際功率。閉合開關(guān)S，在R的變化范圍內(nèi)，小燈泡的最小功率為____ W，最大功率為____W（結(jié)果均保留2位小數(shù)）。

解析：這道題第三問(wèn)考查的就是對(duì)小電珠伏安特性以及對(duì)閉合電路歐姆定律的理解，包含3個(gè)重要的考點(diǎn)：

1.小電珠金屬絲的電阻率隨溫度的增加而增大，也就是在不同電壓下阻值不同，進(jìn)而功率不同，要確定其實(shí)際功率，必須確定其工作電壓;

2.閉合電路的歐姆定律：U=E-Ir;

3.由p=I2R和小燈泡的伏安特性曲線可知：I越大，小燈泡R越大，P越大

把路端電壓隨電流的變化關(guān)系圖這一知識(shí)遷移過(guò)來(lái)，那問(wèn)題就迎刃而解了。

當(dāng)R=9Ω， I最小，小電珠的電阻也最小，功率最小，此時(shí)小燈泡兩端的電壓U=E-I（R+r）=4-10I 即I=■U+0.4，畫出其I-U圖像I，與小燈泡伏安特性

曲線的交點(diǎn)就是其工作電壓，工作電流（U1=1.75V，I1=0.225A），所以Pmin=U1I1=1.75×0.225 W≈0.39 W.

圖4

當(dāng)R=0Ω，I最大，小電珠的電阻也最大，功率最大，此時(shí)小燈泡兩端的電壓U=E-Ir=4-I 即I=-U+4，畫出其I-U圖像II，與小燈泡伏安特性曲線的交點(diǎn)就是其工作電壓，工作電流（U2=3.68V，I2=0.318A），所以Pmax=U2I2=3.68×0.318 W≈1.17 W.

這道題檢驗(yàn)了考生是否真正的理解導(dǎo)體伏安特性及路端電壓隨電流變化這兩曲線所反映的物理規(guī)律，更考查了在新情境下是否具有臨時(shí)的應(yīng)變能力及創(chuàng)新精神，有較強(qiáng)的區(qū)分度，體現(xiàn)了學(xué)科素養(yǎng)的要求：科學(xué)思維，實(shí)驗(yàn)探究。

以上兩道確定小電珠工作電壓考題目對(duì)教學(xué)的啟示：

1.從以上考題我們可以看出，這類題目都是著重考查學(xué)生對(duì)路端電壓與電流關(guān)系圖像（U-I圖像）和導(dǎo)體伏安特性曲線的理解和運(yùn)用，U-I圖像把導(dǎo)體的伏安特性和電源外電路的特征聯(lián)系在了一起，是“物理觀念”這一物理學(xué)科素養(yǎng)內(nèi)在要求。平時(shí)的授課既要重視實(shí)驗(yàn)的過(guò)程，讓學(xué)生親自動(dòng)手實(shí)驗(yàn)獲得感性認(rèn)識(shí)，又要幫助學(xué)生著重理解兩圖像的內(nèi)在聯(lián)系與區(qū)別，讓學(xué)生獲得理性的認(rèn)識(shí)，只有這樣才能幫助學(xué)生更好的理解“導(dǎo)體伏安特性”這一物理觀念。

2.知識(shí)點(diǎn)是固化的，但條件、情景千變?nèi)f化，電學(xué)實(shí)驗(yàn)題平時(shí)應(yīng)以知識(shí)點(diǎn)為核心，演變多種條件，引導(dǎo)學(xué)生思考，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力，應(yīng)變能力，實(shí)驗(yàn)探究及創(chuàng)新能力。

3.解決電學(xué)實(shí)驗(yàn)題時(shí)一定要牢牢抓住題目的核心知識(shí)不變這一思想.把核心知識(shí)、方法進(jìn)行總結(jié)和歸納是提高能力的首要保證。掌握方法之后輔以一定量的變式訓(xùn)練，使學(xué)生的科學(xué)思維得到充分的鍛煉，達(dá)到知識(shí)和方法的統(tǒng)一內(nèi)化。

研究歷年的高考實(shí)驗(yàn)電學(xué)題，抓住題目的核心知識(shí)，平常復(fù)習(xí)訓(xùn)練時(shí)加以強(qiáng)化和變化，有助于不斷的提高學(xué)生的思維能力和解決實(shí)際問(wèn)題的能力，進(jìn)一步提高學(xué)生的物理學(xué)科素養(yǎng)，落實(shí)核心素養(yǎng)的要求.同時(shí)研究歷年相似的高考題對(duì)把握高考改革的方向，知識(shí)點(diǎn)的考查具有重要的指導(dǎo)意義。

[ 參? 考? 文? 獻(xiàn) ]

[1]林崇德.《21世紀(jì)學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)研究》[M].北京：北京師范大學(xué)出版社，2016：1.

[2]魏佳兵.《一道電學(xué)實(shí)驗(yàn)題最佳求解的探究》[J].物理教師，2010（03）.