丁建華 胡小波

摘 要： 本文就2018安徽中考一道電學(xué)實(shí)驗(yàn)題從命題意圖、試題特點(diǎn)、解題技巧、亮點(diǎn)之處及試題瑕疵等角度展開分析，提出了一些個(gè)人觀點(diǎn)，供同行交流.

關(guān)鍵詞： 滑動(dòng)變阻器;燈泡;試題品鑒

原題 ：.利用圖1中a所示的電路，可以研究通過小燈泡的電流跟加在它兩端電壓的關(guān)系.實(shí)驗(yàn)中使用小燈泡的額定電壓為2.5V.

（1）請(qǐng)按照?qǐng)Da，將圖b中的實(shí)物電路連接完整;

（2）閉合開關(guān)S，當(dāng)滑片P從滑動(dòng)變阻器的一端向另一端移動(dòng)時(shí)，小燈泡兩端的電壓連續(xù)發(fā)生變化，于是可得到多組測量值（U，I），根據(jù)測量值畫出小燈泡的I-U圖像如圖c所示.從圖像可以發(fā)現(xiàn);隨著小燈泡兩端電壓從0逐漸增大（不大于額定電壓），其燈絲的電阻值 （選填“不斷增大”，“保持不變”或“不斷減小”）;

（3）在圖a中，閉合開關(guān)，將片P從A端向B端移動(dòng).在此過程中，小燈泡兩端的電壓 （選填“不斷變大”，“保持不變”或“不斷變小”）

（4）考慮到電壓表的電阻對(duì)電路的影響，每次電流表的示數(shù)比測量時(shí)通過小燈泡的實(shí)際電流 （選填“偏大”或“偏小”）.

1 試題分析

1.1 命題意圖

試題以滑動(dòng)變阻器的分壓式接法為背景，融電路連接、圖像的描繪與識(shí)別、滑動(dòng)變阻器對(duì)電路的控制作用和由電表的連接而引起的系統(tǒng)誤差于一體，著重考查了學(xué)生的分析推理能力、電路結(jié)構(gòu)分析與理解能力、系統(tǒng)誤差分析和實(shí)驗(yàn)探究等能力，與考試說明中的基本知識(shí)與基本技能要求相呼應(yīng)，體現(xiàn)了對(duì)學(xué)生科學(xué)探究素養(yǎng)和科學(xué)思維素養(yǎng)等核心素養(yǎng)的考查.

1.2 試題特點(diǎn)

研究通過小燈泡的電流跟加在它兩端電壓的關(guān)系實(shí)驗(yàn)其實(shí)是高中物理電學(xué)部分的一個(gè)常規(guī)實(shí)驗(yàn)，其名稱為描繪燈泡的伏安特性曲線，是高中生必須要掌握的基本電學(xué)實(shí)驗(yàn)之一，也是高考的高頻考點(diǎn)，當(dāng)然，命題者的意圖很明顯，在中考試題中滲透高中部分的物理內(nèi)容旨在看學(xué)生通過對(duì)問題的處理能否有后續(xù)學(xué)習(xí)更高層次知識(shí)的能力，這也是近幾年來安徽省中考物理試題命制時(shí)慣用的方法.

眾所周知，描繪燈泡的伏安特性曲線實(shí)驗(yàn)涉及儀器的選擇、電表量程的選擇、電表的連法、電路的連接及操作等眾多問題，在眾多問題中以滑動(dòng)變阻器的分壓式接法難度最大，即使是高中學(xué)生也常常難以徹底搞清電路的原理，實(shí)際連接電路時(shí)也錯(cuò)誤百出，因該實(shí)驗(yàn)要求燈泡兩端的電壓必須從零開始變化，所以滑動(dòng)變阻器必須要分壓式接法，分壓式接法要求滑動(dòng)變阻器同時(shí)接入三個(gè)接線柱，“一上兩下”，即上面金屬桿兩端的接線柱任接一個(gè)，下方金屬絲兩端的接線柱同時(shí)接入，與初中常見的滑動(dòng)變阻器的限流式接法“一上一下”明顯不同，因此該實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生的基本知識(shí)與基本技能的掌握有較高的要求，試題在命制時(shí)回避了諸如變阻器接法、電流表連接及變阻器滑片移動(dòng)時(shí)整個(gè)電路電阻變化、電流變化等難度較大的問題，在實(shí)物圖的連線上只設(shè)置了電壓表的連接一個(gè)問題以及在此基礎(chǔ)上對(duì)電壓表讀數(shù)變化的設(shè)問，命題者對(duì)初中生認(rèn)識(shí)電路結(jié)構(gòu)、電路連接的實(shí)際能力有較為準(zhǔn)確的把控.

1.3 解題技巧

從電路連接角度看， 實(shí)物圖的連接是建立在電路圖的結(jié)構(gòu)上而展開的，可以說，沒有實(shí)驗(yàn)電路圖，實(shí)物圖的連接就無從談起，電壓表在電路中的作用是測定燈泡兩端的電壓，根據(jù)電壓表的連接要求，電壓表必須和測量對(duì)象并聯(lián)，結(jié)合電壓表應(yīng)取的量程，電壓表的2.5V接線柱應(yīng)與燈泡右端的接線柱相連，電壓表的負(fù)接線柱應(yīng)當(dāng)與燈泡的左端的接線柱相連.

從描繪的燈泡的I-U圖像角度看，因燈泡的電阻率（或電阻）受溫度的影響，隨電壓的變大，燈絲的電阻也隨之變化，從圖像呈現(xiàn)的變化趨勢易知燈絲的電阻是不斷變大的.

從滑動(dòng)變阻器所起的作用角度看，當(dāng)滑片自左向右滑動(dòng)時(shí)，燈泡兩端分得的電壓應(yīng)是不斷變大的，這一點(diǎn)可以用兩種方法分析，一種用極端法，做法為，將滑動(dòng)變阻器的滑片分別置于最左端和最右端，看此時(shí)燈泡分得的電壓如何，顯然，當(dāng)滑片置于最左端即A端時(shí)，燈泡被短路，燈泡兩端電壓為零，當(dāng)滑片置于最右端即B端時(shí)，燈泡和滑動(dòng)變阻器的最大電阻并聯(lián)，燈泡兩端電壓等于滑動(dòng)變阻器兩端電壓，也等于電源電壓，因而，當(dāng)滑片自A向B端移動(dòng)時(shí)，燈泡兩端電壓不斷變大;另一種從電路的結(jié)構(gòu)出發(fā)，先分析出電路的結(jié)構(gòu)，如圖2所示，不妨將滑動(dòng)變阻器分為RPA、RPB兩部分，其連接方式為滑動(dòng)變阻器的RPA部分與燈泡L并聯(lián)后（設(shè)并聯(lián)后的總電阻為R并）再與滑動(dòng)變阻器的RPB部分串聯(lián)，其實(shí)質(zhì)為一混聯(lián)電路，因并聯(lián)電路總電阻隨支路電阻變大而變大，故有滑片P自A向B移動(dòng)時(shí)，燈泡與滑動(dòng)變阻器的RPA部分并聯(lián)后的總電阻R并變大，最終導(dǎo)致從電源處所分得的電壓變多（串聯(lián)電路有分壓作用，電阻分得的電壓與電阻本身阻值大小有關(guān)，同一電源下，串聯(lián)的電阻越大，其兩端分得的電壓越多），從這點(diǎn)看也能得出燈泡兩端的電壓隨滑片的右移而變大這一結(jié)論.

從測量的誤差角度看，若電路中的電壓表不是理想電壓表，則電壓表在充當(dāng)測量燈泡兩端電壓角色的同時(shí)，也會(huì)分流一部分流過干路的電流表的電流（并聯(lián)電路具有分流作用），從而導(dǎo)致實(shí)際通過燈泡的電流會(huì)小于流過電流表的電流，假如要計(jì)算該燈泡的電阻，則測量值比真實(shí)值偏小.

2 試題品鑒

2.1 試題亮點(diǎn)分析

中考承載著初中生學(xué)業(yè)水平的測定和為高中階段選拔優(yōu)秀生源的雙重功能，鑒如此，各省市在命制中考試題時(shí)，常將高中將要全面系統(tǒng)學(xué)習(xí)的內(nèi)容作為背景材料，運(yùn)用初中所學(xué)知識(shí)來處理高中的相關(guān)問題，命制這類題的意圖在于看學(xué)生是否具有進(jìn)一步學(xué)習(xí)深造的能力，這類題的命制要慎之又慎，比如這道探究燈泡電流隨燈泡兩端電壓變化的實(shí)驗(yàn)題，便是高中電學(xué)實(shí)驗(yàn)“描繪燈泡的伏安特性曲線”，其中滑動(dòng)變阻器的分壓式接法是本實(shí)驗(yàn)的最大難點(diǎn)，其優(yōu)勢在于電壓可以從零開始變化，這兩點(diǎn)到高中階段要重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)，屬基本知識(shí)和基本技能，但該題卻較好的回避了滑動(dòng)變阻器接法及電壓可以從零變化這兩點(diǎn)，同時(shí)初步考查了滑片的移動(dòng)對(duì)燈泡獲得的電壓的影響，恰到好處，這是該題的亮點(diǎn)所在.

2.2 試題瑕疵

2.2.1 圖像考查的欠佳

物理圖像簡潔直觀，能形象的展現(xiàn)物理量間的變化關(guān)系，培養(yǎng)學(xué)生在科學(xué)探究中用圖像的方法處理數(shù)據(jù)，并從描繪的圖像中總結(jié)出圖像蘊(yùn)含的某種規(guī)律是學(xué)生科學(xué)探究素養(yǎng)的重要體現(xiàn).

《義務(wù)教育物理學(xué)科課程標(biāo)準(zhǔn)2011版》課程目標(biāo)中關(guān)于知識(shí)與技能目標(biāo)指出：“知道簡單的數(shù)據(jù)記錄和處理方法，會(huì)用簡單圖標(biāo)等描述實(shí)驗(yàn)結(jié)果，會(huì)寫簡單的實(shí)驗(yàn)報(bào)告”，從初中生的認(rèn)知特點(diǎn)和初中課程標(biāo)準(zhǔn)的要求看，直接給出燈泡的電流隨電壓變化的圖像并且要求學(xué)生通過圖像歸納出燈絲電阻的變化情況，起點(diǎn)較高，易讓學(xué)生感到困惑，原因有二，一是，從燈絲的I-U圖像看電阻的變化其本質(zhì)是看燈絲處于不同狀態(tài)下圖像上點(diǎn)與坐標(biāo)原點(diǎn)的連線（即割線）的斜率的倒數(shù)，顯然，由于圖像趨于平緩，割線的斜率逐漸變小，斜率倒數(shù)自然逐漸變大，因而燈絲的電阻會(huì)逐漸變大;二是，初中生接觸較多的物理圖像是正比關(guān)系圖像即多數(shù)為過原點(diǎn)的直線，如在歐姆定律一節(jié)探究導(dǎo)體的電流與電壓的關(guān)系，在密度一章探究物質(zhì)的質(zhì)量與體積的關(guān)系等等.從以上兩個(gè)角度分析，該題考查圖像的目標(biāo)尚未達(dá)成.

如若將試題作如下變化，或許有較理想的效果.以表格的形式將各組數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出來，給出I-U圖像的坐標(biāo)網(wǎng)格線，刻度好橫縱坐標(biāo)，讓學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)描點(diǎn)連線，描繪出燈絲的電流隨電壓的變化圖像，這樣設(shè)問既體現(xiàn)了課程標(biāo)準(zhǔn)中“會(huì)用簡單圖標(biāo)等描述實(shí)驗(yàn)結(jié)果”的要求，又將起點(diǎn)大幅度降低，學(xué)生容易入手，即使學(xué)生不能輕易從圖像逐漸平緩分析出燈絲電阻變大的結(jié)論，也能通過呈現(xiàn)的數(shù)據(jù)運(yùn)用歐姆定律定量計(jì)算各電壓下的電阻來達(dá)成目標(biāo).

再者，無論通過圖像變平緩分析出燈絲電阻變化抑或運(yùn)用歐姆定律定量計(jì)算出電阻從而判定其變化情況，何不順勢而下，再設(shè)置一問猜想導(dǎo)致燈絲電阻變化的可能原因，如此也呼應(yīng)了考綱中關(guān)于溫度對(duì)導(dǎo)體電阻的影響這一要點(diǎn).

2.2.2 電路結(jié)構(gòu)及動(dòng)態(tài)電路考查的不易

《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2011版）》對(duì)電路部分的要求是這樣敘述的：“會(huì)看、會(huì)畫簡單的電路圖.會(huì)連接簡單的串聯(lián)電路和并聯(lián)電路.說出生產(chǎn)、生活中采用簡單串聯(lián)或并聯(lián)電路的實(shí)例.了解串、并聯(lián)電路電流和電壓的特點(diǎn)”，顯然從電路結(jié)構(gòu)上看，滑動(dòng)變阻器的分壓式接法已屬混聯(lián)電路的部分，與課標(biāo)中要求的“會(huì)看、會(huì)畫簡單的電路圖、連接簡單的串聯(lián)電路和并聯(lián)電路”明顯不相符，有超出課標(biāo)要求的考查可能，況且，混聯(lián)電路的動(dòng)態(tài)分析更是難上加難，初中生尚處于形象思維為主、抽象思維能力尚未很好形成的階段，對(duì)多個(gè)因素同時(shí)變化導(dǎo)致相應(yīng)量變化的分析推理能力遠(yuǎn)未形成，該題中滑動(dòng)變阻的滑片自左向右移動(dòng)的過程中，并聯(lián)部分的電阻R并及串聯(lián)部分的電阻RPB均同時(shí)變化，且變化趨勢完全不同，并聯(lián)部分總電阻是逐漸增大的，而干路部分串聯(lián)的RPB電阻是逐漸變小的，即對(duì)整個(gè)電路運(yùn)用歐姆定律很難分析出電路中電流的變化，燈泡兩端的電壓變化情況更無從談起，上文解題技巧是從定性角度和學(xué)生對(duì)串聯(lián)電路的分壓特點(diǎn)深刻理解把握的基礎(chǔ)上展開分析的，若從定量角度分析，對(duì)初中生而言，能力遠(yuǎn)未達(dá)到.

該電路中，設(shè)電源電壓為E，滑動(dòng)變阻器的最大阻值為R，燈絲電阻為RL，則電路的總電阻R總為：R總= Rpa·RL Rpa+RL +Rpb= Rpa·RL Rpa+RL +R-Rpa=R- R2pa Rpa+RL =R- 1? 1 Rpa + RL R2pa

故滑片P向右移動(dòng)時(shí)→Rpa變大→R總就變小;滑片P向左移動(dòng)時(shí)→Rpa變小→R總就變大，電路總電阻的變化與滑動(dòng)變阻器的Rpa部分變化情況相反，與Rpb部分變化情況相同.題中給出滑片向右移動(dòng)，則有R總就變小，對(duì)整個(gè)電路用歐姆定律得I= E R總 ，知干路的電流變小，又燈泡兩端電壓UL=E-Upb=E-IRpb，因流過滑動(dòng)變阻器RPB部分電流及滑動(dòng)變阻器RPB部分電阻均變小，從而分析出燈泡兩端電壓逐漸變大這一結(jié)論.

2.2.3 電壓表考查的困惑

《義務(wù)教育物理學(xué)科課程標(biāo)準(zhǔn)》中對(duì)電表的要求是“會(huì)使用電流表和電壓表”， 2018年安徽省初中學(xué)業(yè)水平考試綱要物理學(xué)科對(duì)電表的考查要求是“會(huì)正確使用電流表、電壓表、滑動(dòng)變阻器等進(jìn)行實(shí)驗(yàn)（包括它們?cè)陔娐分械倪B接、量程選取、調(diào)零、讀數(shù)等）.”課標(biāo)和考綱均未對(duì)電表引起的誤差作明確的要求，電流表的分壓或電壓表的分流初中階段一般不加以討論，統(tǒng)一視為理想電表，即電壓表是阻值無窮大的電阻，分析電路結(jié)構(gòu)時(shí)視為斷路，電流表類似于一根導(dǎo)線，不考慮其電阻，如此來看，該題要求學(xué)生比較流過燈泡的電流和流過電流表的電流大小關(guān)系屬超標(biāo)超綱考查，如若實(shí)在想考查學(xué)生是否有后續(xù)學(xué)習(xí)電學(xué)的能力，可以稍加提示，以背景材料給出電壓表其實(shí)也是由電流表改裝而成，也有一定的電阻（不是所有電壓表都是阻值無窮大的電阻），具有普通電阻一樣的作用，只是能顯示出被測對(duì)象兩端的電壓而已，可以試著通過比較流過電流表的電流和流過燈泡的電流大小關(guān)系，揭示出伏安法測得的電阻有一定的系統(tǒng)誤差，嘗試著引導(dǎo)學(xué)生對(duì)誤差進(jìn)行分析比較.

3 一點(diǎn)思考

俗語云，科學(xué)技術(shù)是一把雙刃劍，運(yùn)用得當(dāng)，造福人民，運(yùn)用不當(dāng)，適得其反.中考試題的命制要慎之又慎，既要發(fā)揮好對(duì)初中生學(xué)業(yè)水平的評(píng)價(jià)作用，同時(shí)又要為高中選拔優(yōu)質(zhì)生源提供依據(jù)，拿高中的知識(shí)給初中生考就是一把雙刃劍，能否發(fā)揮出這類題應(yīng)有的考查功能，需要我們每一位教師、教研人員去分析研究，把這對(duì)雙刃劍運(yùn)用好，發(fā)揮其應(yīng)有的作用.

上述對(duì)試題的分析和品鑒只是筆者的粗淺理解，定有許多不當(dāng)之處甚至錯(cuò)誤之處，僅代表個(gè)人觀點(diǎn)，望各位同仁批評(píng)指正.

參考文獻(xiàn)：

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[2]胡小波. 兩個(gè)伏安法測電阻電路的比較[J]. 數(shù)理天地 ， 2012 （4） ：34-35.