第 1 页 共 3 页 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。
电路黑箱的实验研究
2004级普硕 刘桂花
摘要：介绍了、电路黑箱实验的设计思想、实验内容和步骤以及简单介绍了黑箱实验的思维训练功能。
关键词：电路黑箱，实验，万用表，示波器
所谓黑箱,指的是内部结构和特性不能直接观察的系统,求解这种未知系统的问题,就是黑箱问题.从茫茫的宇宙到物质的分子、原子、电子等基本粒子,从我们脚下的地球到未知生熟的西瓜可以说都是黑箱.这些黑箱的内部结构和机理还不清楚或不十分清楚,需要我们去了解、去认识.著名的控制论专家艾什说:“所有的事物实际上都是黑箱,并且我们从小到老,一辈子都在跟黑箱打交道”.在物理教学中,我们遇到许多黑箱问题,如果我们能恰当地运用这些黑箱问题,将十分有利于培养与训练学生的创造思维.对于黑箱问题,人们学用的解决方法有两种:打开黑箱和不打开黑箱.前者是通过一定的手段来直接观察和研究系统的内部结构和功能,这在一般情况下是难以做到的.更多使用于后一种方法,通过观察系统的输入变化引起的输出反应,推断黑箱的内部结构,进而反馈检验,最后确定黑箱的内部状态、内部结构或内部过程.
解决黑箱问题的基本程序见图1.
黑箱问题虽然带有一定的猜测性,但这种猜测必须符合一定外部特征下所作出的有方向的猜想.黑箱问题属于根据所给结论,进行逆向思维,推断出黑箱内部结构的问题.解决电学黑箱问题的基本思路是:利用所学的电路基础知识,分析题设所给各种数据条件,对黑箱内部电路元件的连接情况进行预判,抓住问题的关键,找到正确的切入点.
虽然黑箱问题所提供的条件不同,但解题思路大致可以是：
检测的程序可以按照下述的设计:(1)首先必须用直流电压档检测箱中有无干电池及其正负极所在。如果限定箱中只可能有一节干电池,那么用指针式多用表检测时宜先用50Ｖ档,这样在出现反接的情况时,表针仅反打一个多小格,不会受损伤。判断出正负极所在的位置后,再换用小量程(例如Ｖ或2.5Ｖ档)测量电池电压的精确值。如果用数字式多用表检测,直接选2Ｖ档就可以了,它不怕反接,当红表笔接负极、黑表笔接正极时,显示的电压值前面会出现一输入 黑箱系统 输出
多用电表是电学实验中的常用仪器，高考中要求正确使用仪器，会进行正确读数，高考考查频率较高，是高三复习的重要知识点。。
【实验目的】
练习使用多用电表测电阻。
研究二极管的单向导电性
【实验原理】
一．多用电表欧姆档原理
多用电表由表头、选择开关和测量线路三部分组成（如图），
表头是一块高灵敏度磁电式电流表，其满度电流约几十到几百A，转换开关和测量线路相配合，可测量交流和直流电流、交流和直流电压及直流电阻等。测量直流电阻部分即欧姆表是依据闭合电路欧姆定律制成的，原理如图所示，
当红、黑表笔短接并调节R使指针满偏时有
Ig=Rrrg=中R （1） 当电笔间接入待测电阻Rx时，有
Ix=xRR中 （2）
联立（1）、（2）式解得
gxII=中中RRRx （3）
由（3）式知当Rx=R中时，Ix=21Ig，指针指在表盘刻度中心，故称R中为欧姆表的中值电阻，由（2）式或（3）式可知每一个Rx都有一个对应的电流值I，如果在刻度盘上直接标出与I对应的Rx的值，那么当红、黑表笔分别接触待测电阻的两端，就可以从表盘上直接读出它的阻值。
由于电流和电阻的非线性关系，表盘上电流刻度是均匀的，其对应的电阻刻度是不均匀的，电阻的零刻度在电流满刻度处。
二．多用表表盘结构
多用电表的表面结构
多用电表可以用来测电流、电压和电阻，又称万用电表，其表面结构如图所示。其表面分为上下两部分，上半部分为表盘，共有三条刻度线，最上面的刻度线的左端标有“∞”，右端标有“0”，是用于测电阻的。
中间的刻度线是用于测电流和直流电压的，其刻度是均匀分布的，最下面一条刻度线左侧标有“v”，是用于测交流电压的，其刻度线分布不均匀。
多用电表表面的下半部分为选择开关，周围标有测量功能的区域和量程。将多用电表的选择开关旋转到电流档，多用电表就能测量电流强度，当选择开关旋转到其他功能区域时，就可用于测量电压或电阻。
２０１０年第６期中小学实验与装备 第２０卷（总第１１２期） １
实验教学研究
中学物理电学黑箱问题研究
湖南省娄底市立珊中学（４１７１２４） 吴来初
电学“黑箱问题”是指电学元件被封闭在一个“黑箱”
内，在不能直接观察到元件的种类和组成情况下，通过应用 万用表的探测或外部元件的连接，从外部表现，来判断其元
件种类及电路组成的问题。 中学电学“黑箱问题”涉及的电路元件有电源、电阻、
二极管、电容、电感等，黑箱中一般有两个或两个以上的元
件组成的电路，黑箱外有三个或三个以上的接线柱。解这
类问题要通过黑箱外部的表现来反向推知内部结构，除了
熟知电学知识，如串、并联电路的基本连接特点，串、并联电 路的电流、电压、电阻特点，欧姆定律外，还要有较强的分
析、推理能力，有时要用合理的假设来确定。
“电学黑箱”种类很多，没有统一的分类标准，根据不 同的分类方法，可分为三端型和多端型，有源（黑箱内有电
源）型和无源型，纯电阻型和混合型。探测方法也是多种多
样，如分析、综合、假设、穷举等，并且一般情况下每个黑箱 的探测要灵活运用多种方法。探测实验中的采用的工具一
般是万用表，也可以是外接电源、电阻、滑动变阻器、灯泡、
导线等。总之，电学“黑箱”问题的探测是复杂的、灵活的，
解决此问题要从各元件的基本特点和测量原理人手，如果
不知各元件的特点和测量原理，盲目地讲方法，将会变成无 源之水，无本之木。
１ 各电学“黑箱”元件的电学特点
１．１ 电源 有源元件，能提供电能。
１．２ 电阻 有双向导电性，导电时的阻值与电流方向无关。
１．３二极管
具有单向导电性，正向通电时电阻很小，反向通电时电 阻很大。
１．４电容 充了电，则是有源元件，没有充电，则是无源元件，有充 放电特性，通交流隔直流，通高频阻低频。
１．５电感
通直流阻交流，通低频阻高频，在恒流工作时相当于电阻。
２万用表探测电学“黑箱”原理
万用表能当电流表、电压表、欧姆表使用，通过面板上 的旋扭来换档，测量有源网络时用电压表，一般不用电流 表，如果非用不可，则要采取保护措施；测量无源网络，则用
