突出对实验探究能力的考查
物理学科非常强调设计实验探究情境,增强试题的探究性。
首先,试题尽量贴近生活和考生的探究创新实践活动,激发考生进行物理实践探究的兴趣,鼓励考生利用生活中的材料设计器材,提高动手操作能力。试题通过呈现新的情境和新的信息,要求考生利用新信息和所学知识分析、解决问题,增强试题的探究性,引导考生学会创新。例如:2021年全国乙卷理科综合第23题通过所给电路研究电池的电动势和内阻,要求考生运用电路实验实现对电池相关性能的测量,考查考生对电路的理解,对图表信息的获取以及对相关电表性质的掌握;2021年广东卷第12题选用合适的实验器材设计实验探究热敏电阻阻值随温度的变化规律,考查考生在掌握电路知识与电表性质的基础上,能够迁移和灵活运用所学的实验理论和方法分析解决实验中遇到的新问题的能力。
其次,在设计实验试题时,立足基本实验,改变常规考法,通过设计新颖的实验情境,合理设问,考查考生利用所学的物理实验知识、方法和掌握的实验技能,进行迁移应用,与新的实验情境相结合完成实验的能力,增强试题的探究性。2021年高考物理试题,既有探究平抛运动规律、描绘小灯泡伏安特性曲线等源于教材的实验,也有一些情境新颖的实验,通过增强试题的开放性和探究性,引导考生加强实验探究能力的培养。例如:2021年全国甲卷理科综合第23题要求考生利用题干提供的电路探究小灯泡的伏安特性,考查考生对伏安法测量电阻、小灯泡伏安特性测量等基本电学实验的掌握;2021年全国乙卷理科综合第22题要求考生利用实验装置分析小球的运动状态并求解当地的重力加速度,在考查考生对现有实验进行分析的同时,向考生展示重力加速度在不同地方可能不同,打破考生的思维惯性。
下面以2021年全国甲卷理科综合第23题为例,具体解析。题目如下:

某同学用图(a)所示电路探究小灯泡的伏安特性,所用器材有:小灯泡(额定电压2.5V,额定电流0.3A)、电压表(量程300mV,内阻300Ω)、电流表(量程300mA,内阻0.27Ω)、定值电阻R0、滑动变阻器R1(阻值0~20Ω)、电阻箱R2(最大阻值9999.9Ω)、电源E(电动势6V,内阻不计)、开关S、导线若干。完成下列填空:
(1)有3个阻值分别为10Ω、20Ω、30Ω的定值电阻可供选择,为了描绘小灯泡电流在0~300mA的U-I曲线,R0应选取阻值为_____Ω的定值电阻;
(2)闭合开关前,滑动变阻器的滑片应置于变阻器的____(选填“a”或“b”)端;
(3)在流过电流表的电流较小时,将电阻箱R2的阻值置零,改变滑动变阻器滑片的位置,读取电压表和电流表的示数U、I,结果如图(b)所示。当流过电流表的电流为10 mA时,小灯泡的电阻为_____Ω(保留1位有效数字);

(4)为使得电压表满量程时对应于小灯泡两端的电压为3V,该同学经计算知,应将R2的阻值调整为_____Ω。然后调节滑动变阻器R1,测得数据如下表所示:(https://www.daowen.com)

(5)由图(b)和上表可知,随流过小灯泡电流的增加,其灯丝的电阻_______(选填“增大”“减小”或“不变”);
(6)该同学观测到小灯泡刚开始发光时流过电流表的电流为160 mA,可得此时小灯泡电功率W1=____W(保留2位有效数字);当流过电流表的电流为300 mA时,小灯泡的电功率为W2,则
(保留至整数)。
解析:
(1)描绘小灯泡的伏安曲线,需要达到额定功率,其最大电阻为Rmax=
Ω=11.7Ω,只能选10Ω的,其他的调不到。
(2)将滑片置于a端,整个电路电阻最大,待测灯泡电压为零,这种接法最安全。
(3)根据电阻定义![]()
(4)电压表的满偏电流
,串联的电阻![]()
![]()
(5)根据分压原理,
,即UL=10 Uv。再根据电阻定义
可算出电阻变大。
(6)由(5)可知,小灯泡电功率W1=U1I1=46×10×160×10-6 W=7.4×10-2 W,小灯泡电功率W2=U2I2=250×10×300×10-6 W=![]()
可见,该题既要求考生选择合适的实验器材,又要求考生熟悉实验操作顺序,理解测量小灯泡伏安性质的实验原理并进行应用,从实验数据中分析变阻器需要调节的位置,最后计算小灯泡在不同时期的电功率比值。这一系列的思维过程对考生的实验设计能力和探究能力有较高要求。