對近年高考物理實驗試題的分析

在當前以重視能力和素質(zhì)考查為特點的新一輪高考改革中，愈加重視學(xué)生的實驗?zāi)芰Α９P者從適合學(xué)生能力和智力發(fā)展水平等角度出發(fā)對近七年（2001年－2007年）全國高考物理實驗試題進行了系統(tǒng)的分析研究，以期達到與同行探討，共同提高之目的。

一、 近年高考物理實驗試題的特點與分析

筆者通過對近七年全國高考物理實驗試題的分析后認為：試題已由側(cè)重考查實驗儀器的使用、基本操作等基礎(chǔ)實驗?zāi)芰Τ鴤?cè)重考查實驗原理的理解、實驗方案的選擇、實驗方法的靈活應(yīng)用等更高層次能力的要求轉(zhuǎn)變；加大了設(shè)計性實驗題目的比重，尤其是電學(xué)實驗的設(shè)計性題目；從各個知識點的考查情況來看：電學(xué)實驗考查的頻率最高，其次是力學(xué)實驗。具體表現(xiàn)在以下幾個方面。

1.基本儀器的使用仍是考查的基礎(chǔ)

比如常用于力學(xué)實驗中的游標卡尺和螺旋測微器的使用在考試中出現(xiàn)的頻率較高；而對于其他常見儀器：刻度尺、天平、秒表、打點計時器、彈簧秤、溫度計等，出現(xiàn)的幾率較少，但也需掌握其規(guī)范、安全的使用方法。對于掌握的程度，不能僅僅停留在會讀數(shù)，而需理解其實驗原理、實驗方法，能獨立運用和有所創(chuàng)新。如應(yīng)用在電學(xué)實驗中的電流表（內(nèi)接法和外接法），滑動變阻器（限流式和分壓式）就有著極多的變化，通常是根據(jù)這些實驗儀器的特點進行實驗原理的變化，設(shè)計新的實驗。

2.重視對實驗操作能力的考查

考查方式如實驗步驟的排序、糾錯、補漏、實驗誤差的排除、錯誤的糾正等都與實驗的實際操作過程緊密相關(guān)，學(xué)生的實際操作能力都能從其答題情況上得以體現(xiàn)。如2001年全國理科綜合試卷考查了“電流表內(nèi)阻測量”的實物圖連接，2003年全國理科綜合I試卷考查了“電阻測量”的實驗電路，2005年全國理科綜合I試卷考查了“測電源電動勢和內(nèi)阻”的實驗電路等。

3.加強了對實驗數(shù)據(jù)的處理能力及實驗的多種思維方式的考查

這是對學(xué)生較高層次的考查，要求學(xué)生能根據(jù)自己學(xué)過的物理知識和有關(guān)的數(shù)學(xué)方法（列表法、圖象法、平均值法等）得出相應(yīng)的結(jié)論。如2002年全國理科綜合Ⅰ試卷第29題是用“驗證玻意耳定律”的儀器測得的物理量求出大氣壓強Po的公式，又如在2003年全國理科綜合Ⅰ試卷有關(guān)“電阻測量”的考查中要求用所給圖的數(shù)據(jù)點進行電阻阻值的計算，都是此類性質(zhì)的考查。

4.電學(xué)實驗仍然是考查的重點

《考試說明》指出：實驗?zāi)芰Πí毩⑼瓿蓪嶒災(zāi)芰?，能夠根?jù)要求靈活運用已學(xué)過的物理知識，實驗方法和基本的實驗儀器，設(shè)計實驗并處理相關(guān)的實驗問題。電學(xué)實驗由于其具備開放性、設(shè)計性、探究性、靈活性和思想性等多個維度考查功能，能夠較好地考查學(xué)生的實驗?zāi)芰?。如在電學(xué)實驗中“伏安法測電阻”是最基本的實驗，“閉合電路歐姆定律”是“伏安法測電阻”的知識基礎(chǔ)，通過考查這類實驗，能夠很好地考查學(xué)生對電學(xué)知識的掌握程度。另外，電學(xué)實驗變換無窮。從內(nèi)容上看：電流表的內(nèi)接法和外接法，滑動變阻器的限流式和分壓式，電路的組合和數(shù)據(jù)的處理、誤差分析等，都可以進行太多的變換，形成新的實驗；從考查實驗方法的角度看：電阻的測量常用到比例法、半偏法、替代法等物理方法，從任何一個角度進行考查，在原有實驗原理的基礎(chǔ)上都會出現(xiàn)一個新的題型。

應(yīng)當引起足夠重視的是，近年來，有關(guān)設(shè)計性實驗的試題已逐漸成為考查的重點。設(shè)計性實驗是對實驗?zāi)芰Ω邔哟蔚囊螅苡行Э疾閷W(xué)生靈活運用基礎(chǔ)知識的能力及實踐操作能力，體現(xiàn)了“素質(zhì)、創(chuàng)新”的主題，是高考命題較具活力的領(lǐng)域。

二、 由典型高考實驗試題試析設(shè)計性實驗

例1（2004年全國高考理科綜合）:實驗室有一電壓表，量程為150mV，內(nèi)阻約為150Ω，現(xiàn)要將其改裝成量程為10mA的電流表并進行校準。為此，實驗室提供了如下器材：干電池E（電動勢為1.5mV），電阻箱，滑動變阻器R’，電流表（有1.5mA、15mA、150mA三個量程）及開關(guān)S。

對電表改裝時必須知道電壓表的內(nèi)阻?？捎脠D1所示的電路測量電壓表的內(nèi)阻，在既不損傷儀器又能使精確度盡可能高的條件下，電路中的電流表應(yīng)選量程________。若合上S，調(diào)節(jié)滑動變阻器后測得電壓表讀數(shù)為150mV，電流表的讀數(shù)為1.05mA，則電壓表內(nèi)阻Rmv為________。（取三位有效數(shù)字）

解析：

（a）由題可知，電壓表量程為150mV，內(nèi)阻約為150Ω，則電壓表的滿偏電流約為=1.0mA，根據(jù)題意要求既不損傷儀器又能使精確度盡可能高，則電流表應(yīng)選擇量程為1.5mA。

（b）閉合S后，要測電壓表的內(nèi)阻，可用電壓表測量自身電壓，電壓表讀數(shù)為150mV，電流表讀數(shù)為1.05mA，則電壓表內(nèi)阻為Rmv==143Ω。

教學(xué)評析：這是一道相對簡單一些的設(shè)計性電學(xué)實驗題?？疾榱擞嘘P(guān)伏安法測電阻實驗中電表量程的選擇問題。此題中電壓表充當了兩個角色：既是電壓表又是被測電阻，我們知道電壓表是將電壓測量轉(zhuǎn)換為電表電流和電表電阻的乘積，即U=ⅠVRV，了解了這些知識后就可以把已知電阻的電壓表視為電流表來使用。本題剖析了實驗儀器的設(shè)計原理，突出了實驗儀器的靈活性知識，考查了學(xué)生的遷移能力和變換能力。

例2（2005年全國高考理科綜合）：測量電源的電動勢E及內(nèi)阻r（E約為4.5V，r 約為1.5Ω）。

器材：量程3V的理想電壓表，量程為0.5A的電流表（具有一定的內(nèi)阻），固定電阻R=4Ω，滑動變阻器R'，開關(guān)S，導(dǎo)線若干。

（1）畫出實驗電路原理圖，圖中每個元件需用題中給出的符號或字母標出。

（2）實驗中，當電流表讀數(shù)為Ⅰ1時，電壓表讀數(shù)為U1；電流表讀數(shù)為時Ⅰ2，電壓表讀數(shù)為U2，則可求出E=_______ ，r=________。（用Ⅰ1、Ⅰ2、U1、U2及表示）

解析：

（a）由題中已知電壓表的量程為3V，而電源電動勢E約為4.5V，電壓表量程小于電源電動勢，所以電壓表不能直接接到電源兩端，故需要在教材原理實驗電路圖的基礎(chǔ)上再串聯(lián)定值電阻，作為保護電阻，以增大內(nèi)阻減小路端電壓。

（b）內(nèi)接法和外接法的選取：題目中說明了電流表具有一定的內(nèi)阻，一般情況下其與電池的內(nèi)阻為同一數(shù)量級，若采用圖2所示電路，電流表內(nèi)阻未知，無法計算。

（c）分壓式和限流式的選?。侯}目中滑動變阻器的作用是控制電路中的電流，所以應(yīng)采用限流式。

綜合分析可知電路采用限流式、內(nèi)接法，如圖3所示。根據(jù)閉合電路歐姆定律可得：

E=U1+Ⅰ1（R+r）

E=U2+Ⅰ2（R+r）

教學(xué)評析：這是一道有一定難度的設(shè)計性電學(xué)實驗題，源于教材但又高于教材，需要打破思維定勢分析解決此題。對于給定的器材進行創(chuàng)新設(shè)計，才能求得電源電動勢及其內(nèi)阻。

實際上，上述兩題都涉及到了儀器的合理選取、使用問題，儀器的選取、使用關(guān)系到設(shè)計性實驗的成敗，因此，應(yīng)特別引起注意。概括起來應(yīng)注意以下幾點：

（1）安全性：主要指選用的實驗儀器在使用時不能損壞，保證實驗正常進行。如電流表和電壓表不能超過允許的最大量程，通過用電器和滑動變阻器及電源的電流不能超過其額定電流值等。

（2）精確性：選用的實驗器材應(yīng)盡可能地減小實驗誤差，精確度要高。如在選用的電流表和電壓表不超過量程的條件下，盡可能使儀表指針偏轉(zhuǎn)角度要大（超過2/3量程）。對于歐姆表的選用，則要求指針最好在中間刻度附近的倍率檔位。若在實驗要求中不考慮電源內(nèi)阻和電流表內(nèi)阻的影響，或不考慮電壓表的分流作用，則選用的電源及電流表的內(nèi)阻應(yīng)盡量小，或電壓表的內(nèi)阻盡量大。

（3）方便性：實驗儀器的選擇應(yīng)便于操作，選用盡量少的實驗儀器做最成功的設(shè)計性實驗方案。如使用滑動變阻器不僅要考慮滿足額定電流條件，還應(yīng)考慮到接入的電阻是否能夠有效并且方便地調(diào)節(jié)被測電路的電流和電壓，使數(shù)據(jù)成線性變化。

（4）可行性：實驗方案中對所選用的器材要易于配置，不能脫離實際，不能超越現(xiàn)有條件。

縱觀近年的全國高考物理實驗試題，測試目標明確，很好地體現(xiàn)了《考試大綱》的要求，充分滲透著創(chuàng)新意識，靈活、新穎的試題設(shè)置科學(xué)、規(guī)范，考查的內(nèi)容有較為合理的覆蓋面和比例，體現(xiàn)了運用已學(xué)知識解決新問題的能力考核要求，起到了很好的示范導(dǎo)向作用?？梢灶A(yù)見，隨著我國普通高中課程改革的穩(wěn)步推進，重視理論聯(lián)系實際，重視實驗教學(xué)和實踐探究能力的考查，尤其是設(shè)計性實驗的考查，將會成為高考內(nèi)容改革的熱點。

參考文獻

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（責(zé)任編輯孫曉雯）