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试题评价 ６６７７ Ｅｍａｉｌ：ｐｈｙｃｆｅ２１＠ｓｉｎａ．ｃｏｍ曹义才（福建省长乐第二中学 福建福州 ３５０２１１）文章编号：１００２２１８Ｘ（２０１５）１１００６７０３ 中图分类号：Ｇ６３２．４７４ 文献标识码：Ｂ摘 要：在研究２０１５年全国高考物理１４套试卷实验题的基础上，结合高中物理新课程标准分析实验的考查特点，重点研究基本实验仪器的创新使用，教材经典实验的创新考查，实验原理和实验思想的迁移设计探究实验及利用数据或图像进行结果处理和误差分析等问题。关键词：２０１５高考；物理实验；教学启示福建省教科所“十二五”规划２０１４年度课题《理想课堂建构促进教与学行为的嬗变》阶段研究成果之一，课题编号：ＦＪＪＫ１４－５９３。 笔者通过分析２０１５年全国高考物理１４套试卷发现，２０１５年的实验题更加突出了对学生实验能力的考查，在强调实验基本技能的同时，逐步向实验素养方面转化。试题重视考查学生实验原理及实验思想的迁移能力、探究物理实验和处理实验结果的能力，尤其注重对学生实验综合素质的考查。一、重视基本实验仪器的迁移使用，凸显“基本技能”全面考查２０１５年高考试题考查到的主要仪器有：压力式托盘秤、刻度尺、电流表、电压表、游标卡尺、螺旋测微器等。这些仪器的正确使用是学生顺利完成相关实验的基础。例１ 某同学做“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验。图１图１甲是不挂钩码时弹簧下端指针所指的标尺刻度，其示数为７．７３ｃｍ；图１乙是在弹簧下端悬挂钩码后指针所指的标尺刻度，此时弹簧的伸长量Δ犾为 ｃｍ。评析 例１考查的是刻度尺的正确使用及读数，由图１乙可知，弹簧下端悬挂钩码后指针所指的标尺刻度约为１４．６６ｃｍ。由图１甲不挂钩码时弹簧下端指针所指的标尺刻度为７．７３ｃｍ可知，此时弹簧的伸长量Δ犾为１４．６６－７．７３＝６．９３ｃｍ。解决这一问题学生常犯的错误主要有：①忘记减去犾０，答案为１４．６６ｃｍ左右；②误认为零刻度在上端，答案为７．６１ｃｍ左右；③误认为零刻度在下端，又忘记减去犾０，结果为１５．３４ｃｍ左右。例２ 甲同学准备做“验证机械能守恒定律”实验，乙同学准备做“探究加速度与力、质量的关系”实验。图２（１）图２中Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ表示部分实验器材，甲同学需选用图２中的器材 ；乙同学需选用图２中的器材 。（用字母表示）评析 例２是根据实验目的选择实验器材。验证“机械能守恒定律”实验需要通过实验知道动能变化量和势能变化量。因此，需要在竖直面打出一条沿重锤方向下落的纸带，即可验证，故选仪器Ａ、Ｂ；“探究加速度与力、质量的关系”实验，需要用钩码拉动小试题评价 ６６８８ Ｅｍａｉｌ：ｐｈｙｃｆｅ２１＠１６３．ｃｏｍ车打出一条纸带，故选仪器Ｂ、Ｄ、Ｅ。高考实验常将基本仪器的考查放在实验考查的首要位置，因此，教师在实验教学中要强化基本实验仪器的使用，让学生明确实验仪器的用途，了解仪器的基本结构和原理，掌握仪器的安全操作方法，能够正确进行观察、测量及读数。二、重视教材经典实验的变换，凸显“知识与技能”的考查对教材实验进行变形考查是２０１５年高考实验试题一个显著特点，其具体表现是试题中的实验装置和装置原型大都是学生熟悉的，亲自观察且动手操做过的；实验考查紧扣课本但不照搬课本实验，突出考查典型实验的拓展和创新，凸显“知识与技能”的考查，引领课程改革。例如，广东卷用“验证机械能守恒定律”实验装置测量当地的重力加速度；新课标全国Ⅱ卷用研究匀变速直线运动的装置测量物块与斜面间的动摩擦因数；福建卷用“描绘小电珠的伏安特性曲线”实验装置探究小电珠在不同电压下的电功率大小；重庆卷用教材演示实验装置来估测反应时间等。例３ 某同学使用打点计时器测量当地的重力加速度。（１）请完成以下主要实验步骤：按图３甲安装实验器材并连接电源；竖直提起系有重物的纸带，使重物 （填“靠近”或“远离”）计时器下端； ， ，使重物自由下落；关闭电源，取出纸带；换新纸带重复实验。图３（２）图３乙和图３丙是实验得到的两条纸带，应选取 （填“乙”或“丙”）来计算重力加速度。在实验操作和数据处理都正确的情况下，得到的结果仍小于当地重力加速度，主要原因是空气阻力和 。评析 例３的实验装置原本是用于验证机械能守恒定律的，而例３的情景是“某同学使用该装置来测量当地的重力加速度”则是课本典型实验的创新考查。要完成这一实验，使实验结果接近真实值，实验过程中应尽量保证重物做自由落体运动。分析第（１）问可知，本实验是通过自由落体运动来测量重力加速度的值。要让纸带上所打的第一个点对应的速度为零，开始时，重物要靠近打点计时器，确保纸带能够保证打点的有效部分足够长，所以要先接通电源，再释放纸带。分析第（２）问可知，对照两条纸带可以得出纸带乙的点迹间隔逐渐变大，而纸带丙的点迹间隔先逐渐变大、后逐渐变小，说明丙对应的重物运动是先加速、后减速，不符合自由落体运动的特征。因此，应选用纸带乙。自由落体运动的前提是物体只受到重力作用，而重物在下落过程中，除了受到空气阻力作用还受到摩擦力。由于纸带与打点计时器间的摩擦力作用，导致实验结果小于当地重力加速度。三、重视实验原理的迁移创新，凸显“过程与方法”的考查２０１５年高考实验题注重课本实验的迁移拓展。虽不是教材中的原实验，而高考实验题的基本原理和实验方法一定都与教材一致。面对这类试题，许多学生感觉无从下手，究其原因是学生没有真正理解实验中所用器材的实验原理。例４ 图４为某同学改装和校准毫安表的电路图，其中虚线框内是毫安表的改装电路。（１）已知毫安表表头的内阻为１００Ω，满偏电流为１ｍＡ；犚１和犚２为固定阻值的电阻。若使用犪、犫两个接线柱，电表量程为３ｍＡ；若使用犪、犮两个接线柱，电表量程为１０ｍＡ。由题给条件和数据，可求出犚１＝ Ω，犚２＝ Ω。图４（２）现用—量程为３ｍＡ、内阻为１５０Ω的标准电流表Ａ对改装电表的３ｍＡ挡进行校准，校准时需选取的刻度分别为０．５、１．０、１．５、２．０、２．５、３．０ｍＡ。电池的电动势为１．５Ｖ，内阻忽略不计；定值电阻犚０有两种规格，阻值分别为３００Ω和１０００Ω；滑动变阻器犚有两种规格，最大阻值分别为７５０Ω和３０００Ω。则犚０应选用阻值为 Ω的电阻，犚应选用最大阻值为 Ω的滑动变阻器。图５（３）若电阻犚１和犚２中有一个因损坏而阻值变为无穷大，利用图５电路可以判断出损坏的电阻。图５中的犚′为保护电阻，虚线框内未画出的电路即为图４虚线框内的电路。则图５中的犱点应和接线柱 （填“犫”或“犮”）相连。判断依据是： 。实验改进 ６６９９ Ｅｍａｉｌ：ｐｈｙｃｆｅ２１＠ｓｉｎａ．ｃｏｍ评析 改装和校准毫安表实验是考试大纲之外的创新实验，但基本原理和实验方法都和教材实验相同。第（１）问的实验原理是并联电路的基本特点是电压相等，电流和电阻成反比。若使用犪、犫两个接线柱，量程为３ｍＡ，则通过犚１的电流为２ｍＡ，电流比为１∶２，所以电阻比为２：１，可得犚１＋犚２＝１２犚犵＝５０Ω。若使用犪、犮两个接线柱，电流表量程为１０ｍＡ，通过犚１的电流为９ｍＡ，电流比为１∶９，可得电阻比为９∶１，即犚１＝１９（犚犵＋犚２），整理可得犚１＝１５Ω，犚２＝３５Ω。第（２）问的实验原理是闭合电路欧姆定律半定量分析。校准刻度为０．５ｍＡ时，根据闭合电路欧姆定律可知，电路中的总电阻值最大为１．５Ｖ０．５ｍＡ＝３０００Ω；若校准刻度为３ｍＡ时，可知电路中总阻值最小为１．５Ｖ３ｍＡ＝５００Ω。若定值电阻选择１０００Ω，则无法校准３．０ｍＡ，所以定值电阻选择５００Ω。由于最大阻值要达到３０００Ω，所以滑动变阻器要选择３０００Ω。第（３）问的实验原理是对闭合电路欧姆定律定性分析。因为只有一个电阻损坏，所以只需验证电阻犚２是否损坏即可。将犱点和接线柱犮相连，若电流表指针偏转，则损坏的电阻是犚１（断路）；若电流表指针不动，则损坏的电阻是犚２（短路）。可见，在实验教学过程中，教师要依据基本实验原理和实验装置进行拓展教学，提高学生对实验原理的理解和迁移能力。四、重视实验数据图像的分析，凸显探究能力的考查２０１５年高考实验题尤其注重考查学生应用数学知识处理物理问题的能力，重视数据处理、实验结果、误差分析及实验计算能力。这与考试大纲的“会处理实验数据，并得出结论，对结论进行分析和评价”要求是一致的。例５ 某物理小组的同学设计了一个粗测玩具小车通过凹形桥最低点时的速度的实验。所用器材有：玩具小车、压力式托盘秤、凹形桥模拟器（圆弧部分的半径为犚＝０．２０ｍ）。完成下列填空：（１）将凹形桥模拟器静置于托盘秤上，如图６所示，托盘秤的示数为１．００ｋｇ；（２）将玩具小车静置于凹形桥模拟器最低点时，托盘秤的示数如图７所示，该示数为 ｋｇ；图６ 图７（３）将小车从凹形桥模拟器某一位置释放，小车经过最低点后滑向另一侧。此过程中托盘秤的最大示数为犿；多次从同一位置释放小车，记录各次的犿值如表１所示：表１ 实验数据记录表序号１２３４５犿／ｋｇ１．８０１．７５１．８５１．７５１．９０ （４）根据以上数据，可求出小车经过凹形桥最低点时，对桥的压力为 Ｎ；小车通过最低点时的速度大小为 ｍ／ｓ。（重力加速度大小取９．８０ｍ／ｓ２，计算结果保留２位有效数字）评析 例５是一道实验情境中的计算题。试题第（１）问考查的是实验仪器托盘秤的读数，根据秤盘指针可知量程是１０ｋｇ，托盘分度值为每小格０．１ｋｇ指针所指示数为１．４ｋｇ；第（２）问考查的是误差分析和实验数据的处理。表１中记录的托盘秤各次示数并不相同，为减小误差取平均值，即犿＝１．８１ｋｇ。而模拟器的重力为犌＝犿′犵＝９．８Ｎ，小车经过凹形桥最低点的压力为犖＝犿犵－犿′ｇ≈７．９４Ｎ；第（３）问考查学生对实验原理的理解，着重考查了学生应用数学知识处理物理问题的能力，是实验题中的计算题。玩具小车通过最低点时，沿半径方向的合力提供向心力即犖－犿犵＝犿狏２犚，将犚＝０．２０ｍ代入得狏＝１．４ｍ／ｓ。分析可知，物理实验是物理研究的基础，物理实验教学要让学生亲自动手实验，尤其在实验原理、方法、仪器的使用、操作步骤、实验数据处理的方法、误差分析和结果评价等方面多下功夫。参考文献［１］ 教育部考试中心．２０１５年普通高等学校招生全国高考统一考试大纲（理科·课程标准实验版）［Ｍ］．北京：高等教育出版社，２０１５．［２］ 陶洪．物理实验论［Ｍ］．南宁：广西教育出版社，１９９６．［３］ 孟拥军．２０１２高考物理实验题分析与思考［Ｊ］．物理实验，２０１２，３２（１０）：２０２３．