中考物理黑箱问题”的教学难点及对策

中考物理“黑箱问题”的教学难点及对策
江苏省徐州市铜山区茅村中心中学 赵冲 邮编：221135
所谓“黑箱”就是指那些既不能打开，又不能从外部直接观察其内部状态的系统，而只能通过信息的输入输出来确定其结构和参数的封闭系统。

1945年，控制论的创始人维纳写道：“所有的科学问题都是作为‘闭盒’问题开始的”，这里“闭盒”就是所谓的“黑箱”。

作为整体思维方法的实例，“黑箱”问题不仅体现了人类在探究自然界的过程中一般的思维方式，实际上对提高人们的分析、推理、判断、假设能力都有着重要的意义。

中考物理中的“黑箱”问题大致可以分为“力学黑箱”“声学黑箱”“电学黑箱”“光学黑箱”“原子黑箱”等，而“电学黑箱”和“光学黑箱”较为常见。

本文试图以有限的几个典例，来探讨“黑箱问题”教学中的难点和应对策略。

类型1、“光学黑箱”问题
“光学黑箱”在中考中的典型问题就是光学作图，包括补全光路、判断光学元件。

【2012 盘锦】“探究凸透镜成像规律”实验装置如图1所示，1）一束平行于凸透镜主光轴的光线经过凸透镜后，在光屏上形成了一个最小、最亮的光斑。

由图可知，该凸透镜的焦距是＿＿＿＿cm 。

（要求有估读数字）2）实验过程中，当把烛焰放在距凸透镜16cm 处时，在凸透镜另一侧移动光屏，光屏上得到了一个倒立、＿＿＿＿的实像。

由于蜡烛燃烧变短，使烛焰
的像成在了光屏中心的上方，要使像仍然成在光屏的中心，
如果只调整凸透镜，应将凸透镜向＿＿＿＿调。

3）为了做
进一步的探究，让凸透镜和烛焰的位置保持不变，将光屏远
离凸透镜2cm ，结果光屏上原来清晰的烛焰像变模糊了，接
着将一个近视眼镜放在透镜与烛焰之间并做适当调整，结果
光屏上烛焰的像再次变清晰，此过程探究的是近视眼的矫正
方法。

近视眼镜的镜片是＿＿＿＿透镜，它对光线有＿＿＿＿作用。

在“利用光具座探究凸透镜成像的规律”中，小明
让凸透镜和烛焰的位置保持不变，将光屏远离凸透镜2cm ，结果光屏上原来清晰的烛焰像变模糊了，接着将一个近视眼镜放在透镜与烛焰之间并做适当调整，结果光屏上烛焰的像再次变清晰，此过程探究的是近视眼的矫正方法。

近视眼镜的镜片是＿＿＿＿透镜，它对光线有＿＿＿＿作用。

【难点解析】本题中的三个问题都是给定了外部现象，然后要求学生推理出相关的内部结果，或者说要求学生能通过现象看到本质。

第一问要能通过“在光屏上形成了一个最小、最亮的光斑”判断出焦点，再利用焦距的概念由标尺读出焦距为10.0cm ；第二问要能由“当把烛焰放在距凸透镜16cm 处”判断出物距的概念，再利用f<u<2f 的成像规律，得出成倒立、放大的实像；第三问要能通过操作所引起的像的变化，再利用近视眼的成因——光线经晶状体后，会聚在视网膜之后，得出近视眼镜片是凹透镜，对光线有发散作用的结论。

【突破策略】在解决这类问题是，要特别注意两点，一是仔细审题，充分理解题目所传达的信息，并把它“翻译”成准确的物理概念或规律。

二是熟练掌握先关的概念和规律，事实上这是物理教学的核心内容，也就是所谓 “夯实双基”。

为此，在教学中要注意其整理和记忆。

【2012 无锡】如图2所示，S 是一个发光点，S /
是它在平面镜中成的像，SA 是S 发出的一束光.请在图
甲中画出平面镜的位置和SA 经平面镜反射后的光线。

【难点解析】本题综合运用了平面镜成像的特点和
光的反射定律的知识，由于像物连线与平面镜垂直，并且像距等于物距，所以平面镜在S 和S ’
连线的中垂线位 图
1
图2 图3
置，而后利用反射定律即可作出反射光线。

【突破策略】光学作图是中考的重要内容，其难点在于“规范化”，比如垂直号、虚线实线、角度、字母，同时要充分体现“几何光学”的特征，比如中垂线、角平分线、对称。

在作图过程中要熟练掌握光学的基本规律，包括光的直线传播、光的反射规律、平面镜成像特点、光的折射规律、透镜对光的折射规律，而熟练运用光路的可逆性往往可以使一些难题迎刃而解。

教学中一方面要落实所学的基础知识，同时细化要求、严格规范、加强训练，这样才能真正地使这类问题不成为问题。

类型2、“电学黑箱”问题
电学往往被很多学生认为很难，而其中电学黑箱问题尤其头痛。

电学黑箱问题在中考试卷中的典型体现就是电路设计和故障分析，而同时又往往伴随着一些小计算，这更增加了问题解决的难度。

【2008 南通】某电路如图4所示，电源电压为4V 且保持不变，虚线框内的电路中接有两个阻值均为R 的电阻，当开关S 由闭合到断开时，电流表示数减小了0.5A 。

试在虚线框内画出电阻的一种可能的连接电路图，并标出相应的R 的值。

【难点解析】本题就是一个典型的电路设计题，给定外部信息包括电源电压、两个等值电阻、开关状态及相应的电流变化。

首先注意到电流减小了，而电源电压不变，这说明由于开关断开，内部电阻变大了，而由于最开始时，内部不能没有电阻，否则短路，所以说明后来的电阻是开始时的二倍，这样充分利用串联和并联电路中电阻的特点，进行设计就可以了。

图5给出了四种可能的答案。

【突破策略】这类电学黑箱问题可以分为“电源+电阻”和“电阻”两种类型，“电源+电阻”型电路设计要充分利用电压和电流特点进行分析，“电阻”型电路设计要充分利用串、并联电路中的电阻特点进行分析。

同时充分理解外部信息，包括数据和现象，结合所学电学知识整体分析。

教学中，为提高有效性，一方面要加强电学基本知识的整理、归类、记忆，另一方面就是要加强训练。

【2012 桂林修改】如图6所示，是小明在“测量小灯泡电功率”实验中连接的实验电路，所用小灯泡的额定电压为3.8V ，电源是电压为6V 且保持不变的蓄电池组。

1) 实验开始，当开关闭合，变阻器滑片P 向右移动时，电流表示数________，电压表示数________。

（选填“变大”、“变小”或“不变”）
2) 同组的小红发现连线中有一处不符合实验要求，所以才出现上述现象，而且只需改动一根导线的连接，就可以顺利进行实验。

请你在需要改动的导线上打“×”，并用笔画线代替导线画出正确的接线。

3) 修改完完实验电路后，小明闭合开关，发现：灯泡不亮，电流表无示数，电压表有示数且接近于电源电压。

请你帮助小红分析电路出现故障的原因：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。

4)
电路连接正确后，小明他们正常进行实验并将实验数据记录在下表中。

若第二次测量时电流表的
图2 图
5
图6
图7
示数如图7所示，则此时电路电流为________A ，可得小灯泡的额定功率为________W 。

分析表中数据，请写出你还能得出的一个结论：_______________________________________。

5) 如果电压表的0～15V 量程被损坏，只有0～3V 量程能正常使用，实验室里也没有其它电压表可供更换，要求利用现有器材测出小灯泡的额定功率。

请在画出你设计的电路图。

【难点解析】本题是电学实验探究考察的一道典型题，第一问是动态电路的问题，注意到实验电路实质是一个串联电路，结合滑动变阻器的使用方法、串联电路的特点、欧姆定律可以得出电流表示数会变大，电压表测电源电压，所以不变；第二问考察的是“测量小灯泡电功率”的实验电路，电压表测的应该是小灯泡的电压，所以修改如图8所示；第三问考察的是电路故障分析，灯泡不亮，电流表无示数说明电流过小或者无电流，电压表有示数，且接近电源电压，说明有微弱电流通过电压表，电灯无电压分配，因此电灯处有断路，比如灯丝断了、灯泡与灯座接触不良、灯泡接线柱接触不良。

第四问是数据处理；第五问是根据外部条件，完成实验设计，参考答案如图9所示。

【突破策略】伏安法测电阻(功率)、探究电流与电压、电阻的关系实验的掌握除了基本的电路、原理、操作过程、数据分析等技能外，还要注意只有电压．．．．．．表或者只有电流表的问题．．．．．．．．．．．
，这种变式并不困难，甚至在解题中很死，关键在于理解并能用准确的物理学语言描述出测量过程，能够用物理符号准确地表达测量结果。

而其中的电路故障问题往往集中在元件短路、断路，元件连接错误，操作错误上，下面是一些典型故障和原因分析：1）闭合开关后，移动滑动变阻器滑片P ，发现电流表示数变大时，电压表示数却变小，原因是电压表并联在滑动变阻器两端；2）正确连接电路后闭合开关，发现小灯泡不亮，电流表、电压表都没有示数。

小明确定电路的接线良好，且电表和电源都完好，原因是电源、开关或滑动变阻器有断路；3）电流表有示数而电压表无示数，且移动变阻器滑片P 时，电流表示数会发生变化，原因是灯泡短路；4）无论怎样移动滑片，电流表指针均无偏转，电压表的指针有明显的偏转，原因是电流表断路（比如损坏）。

综合以上内容，可以看出，要解决好中考黑箱问题，不仅需要扎实的物理知识作为后盾，同时要注意善于总结、归类，掌握一般的方法，而这正是第二阶段复习所必须关注的。

图8
图9。