從2013年江蘇高考看實驗教學的“六個”落點

(江蘇省馬壩高級中學，江蘇 淮安 211751)

實驗是高考中的重要內容，也是學生感到比較困難的內容.需要我們在平時的實驗教學中抓住實驗的重要落點開展訓練，切實提升學生的實驗素養，筆者將以2013年江蘇省高考實驗題為例予以說明.

例1 (2013江蘇)某興趣小組利用自由落體運動測定重力加速度，實驗裝置如圖所示.傾斜的球槽中放有若干個小鐵球，閉合開關K，電磁鐵吸住第1個小球.手動敲擊彈性金屬片M，M與觸頭瞬間分開，第1個小球開始下落，M迅速恢復，電磁鐵又吸住第2個小球.當第1個小球撞擊M時，M與觸頭分開，第2個小球開始下落…….這樣，就可測出多個小球下落的總時間.

(1)在實驗中，下列做法正確的有.

(A)電路中的電源只能選用交流電源

(B)實驗前應將M調整到電磁鐵的正下方

(C)用直尺測量電磁鐵下端到M的豎直距離作為小球下落的高度

(D)手動敲擊M的同時按下秒表開始計時

(2)實驗測得小球下落的高度H=1.980m，10個小球下落的總時間T=6.5s.可求出重力加速度g=m/s2.(結果保留兩位有效數字)

(3)在不增加實驗器材的情況下，請提出減小實驗誤差的兩個辦法.

(4)某同學考慮到電磁鐵在每次斷電后需要時間Δt磁性才消失，因此，每個小球的實際下落時間與它的測量時間相差Δt，這導致實驗誤差.為此，他分別取高度H1和H2，測量n個小球下落的總時間T1和T2.他是否可以利用這兩組數據消除Δt對實驗結果的影響？請推導說明.

解析：(1)B、D (2)9.4

(3)增加小球下落的高度;多次重復實驗,結果取平均值.

學生對該題的裝置比較陌生，要順利完成本題，首先要明確實驗目的，以此實驗目的再進一步分析實驗原理，結合實驗原理再選擇實驗器材、進行誤差分析，可看出有以下四個落點：

落點一實驗目的

關于實驗目的教學，經常被老師忽略或者一帶而過，因為每個實驗目的在教科書或教輔資料中已寫明，只要照本宣科就行.事實上這種認識是片面的.在實驗目的教學中，教師必須有意識地引導學生揭示實驗和實際問題之間的聯系，促使學生帶著問題確定原理，從而給實驗以生命力.例1的實驗目的是“利用自由落體運動測定重力加速度”，以此實驗目的確定實驗原理.

落點二實驗原理

落點三實驗器材

對于常用的基本儀器，要求學生能夠正確、熟練地使用.例1中第(1)小題的A選項，學生接觸到的交流電源是在使用電磁打點計時器時用過，若對電磁打點計時器原理不了解，學生只可能死記住交流電源，這時A選項就會對學生帶來一定的干擾.

落點四誤差分析

由于實驗方法和實驗設備的不完善，周圍環境的影響，以及人的觀察力、測量程序等限制，實驗觀測值和真實值之間總是存在一定的差異.人們常用絕對誤差、相對誤差說明實驗值的準確程度.為了評定實驗數據的精確性或誤差，認清誤差的來源及其影響，需要對實驗的誤差進行分析和討論.由此可以判定哪些因素是影響實驗精確度的主要方面，從而在以后實驗中，進一步改進實驗方案，縮小實驗值和真值之間的差值，提高實驗的精確性.因此誤差分析也是高考考查的一項基本能力.為減小偶然誤差，常用的方法有：小量放大法、平均值法、圖像法等等.例1提供了“小量放大法”，即把時間這個難以直接準確測量的微小量經過10次累積后測量.只要學生掌握了常用的減小誤差方法，對于開放性的第(3)小題就很容易解決.為了減少系統誤差，就要從實驗原理和裝置等方面考慮.例1第(4)小題對實驗中有可能出現的誤差做了評估，要求學生進一步推導論證，考查了學生應用數學分析物理問題的能力.

例2 (2013江蘇)為探究小燈泡的電功率P和電壓U的關系，小明測量小燈泡的電壓U和電流I，利用P=UI得到電功率.實驗所使用的小燈泡規格為“3.0V 1.8W”，電源為12V的電池，滑動變阻器的最大阻值為10Ω.

(1)準備使用的實物電路如圖甲所示.請將滑動變阻器接入電路的正確位置.(用筆畫線代替導線)

(2)現有10Ω、20Ω和50Ω的定值電阻，電路中的電阻R1應選Ω的定值電阻.

(3)測量結束后，應先斷開開關，拆除兩端的導線，再拆除其他導線，最后整理好器材.

(4)小明處理數據后將P、U2描點在坐標紙上，并作出了一條直線，如圖乙所示.請指出圖象中不恰當的地方.

解析：(1)探究小燈泡的電功率P和電壓U的關系，小燈泡的電壓從零開始逐漸增大，應該設計成分壓電路(見圖).

(2)電路中的電阻R1為保護電阻，應選10Ω的定值電阻.

(3)測量結束后，應先斷開開關，拆除電池兩端的導線，再拆除其他導線，最后整理好器材；

(4)由于小燈泡的電阻隨溫度的升高而增大，小燈泡的電阻隨電壓的增大而增大，P隨U2變化關系不是直線，應該把橫坐標的標度取的大一些，圖線為向下彎曲的，圖線不應畫為直線，橫坐標的標度不恰當.

本題第(1)小題考查實驗步驟中的連接電路，滑動變阻器的分壓電路接法；第(2)小題是考查實驗原理；第(3)小題是考查實驗步驟中整理器材部分，很容易在實驗教學過程中被一帶而過；第(4)小題是考查用圖像法處理數據，用線性擬合原始數據.該考題反映了實驗教學的兩個必須穩扎穩打的落點：實驗步驟和數據處理.

落點五實驗步驟

設計和編排實驗步驟是實驗教學中的重要內容之一.實驗是手腦并用的實踐活動，是培養觀察能力、思維能力、操作能力的過程，也是培養創造能力的過程.切忌死記硬背實驗步驟，生搬硬套.例2第(3)小題中看似不重要的整理器材，卻成了設計高考題很好的一個切入點.要正確完成例2的第(1)、(3)小題，學生需要通過體驗實驗過程，具備扎實的實驗操作基本功.

落點六數據處理

數據處理常用的方法有列表法、平均值法、圖像法等.其中圖像法是處理實驗數據的常用方法之一，用它處理數據的優點是直觀、簡便而且準確.需從函數入手，搞清圖線的斜率、截距、包圍的面積等對應的物理量的意義.

物理實驗是物理學的基礎，江蘇省高考考試說明中對實驗能力作了明確的要求：“能獨立地完成知識內容表中所列的實驗，理解實驗原理和方法，能控制實驗條件；會使用實驗儀器，會觀察、分析實驗現象，會記錄、處理實驗數據，并得出結論，對結論進行一定的分析和評價；能在實驗中，發現問題、提出問題，對解決問題的方式和問題的答案提出假設；能制定實驗方案，對實驗結果進行預測；能運用已學過的物理理論、實驗方法和所給的實驗儀器去解決問題，包括簡單的設計性實驗.”高考對物理實驗的考查不只停留在大綱要求的幾個學生實驗上，而且出現了創新型實驗.近幾年的高考實驗題表明，實驗目的、實驗原理、實驗器材、實驗步驟、數據處理等落點正是考試說明的具體化.由此可見讓學生親自的設計和完成實驗，才能適應高考的要求，滿足高校和社會的需求.