2016年江蘇高考物理實驗題賞析

孫福如

(江蘇省如東縣豐利中學,江蘇 如東 226408)

·名師論壇·

2016年江蘇高考物理實驗題賞析

孫福如①

(江蘇省如東縣豐利中學,江蘇 如東 226408)

2016年高考在人們的期盼中結束,細細品讀兩道物理實驗試題,它們延續了前幾年江蘇命題的特點,從考生熟知的情境入手,進行橫向拓展、延伸和縱向挖掘,注重物理實驗的操作和細節的考查,試題要求中學物理教學注重核心素養的培養,為中學物理實驗教學指明了方向,值得我們一線物理教師認真品味.

高考;物理實驗;欣賞;啟示

2016年高考已落下帷幕,細細品讀江蘇物理卷,不難發現實驗題的命制延續了前幾年試題的特點,總體表現為:立足基礎、陳題新出、突出細節、注重探究,即依據《高考說明》中要求的基本器材或基本實驗,進一步縱橫挖掘或拓展,考查考生對實驗原理、方法的領悟情況,靈活運用課本中實驗原理、實驗方法和所給的實驗儀器進行探究的能力.本文對2016年江蘇高考物理卷的實驗題加以分析,進一步挖掘試題的內涵,體會命題者的意圖,為以后的實驗教學提供參考.

圖1

例1:小明同學通過實驗探究某一金屬電阻R隨溫度t的變化關系.已知該金屬電阻在常溫下的阻值約10Ω,R隨t的升高而增大.實驗電路如圖1所示,控溫箱用以調節金屬電阻的溫度.實驗時閉合S,先將開關K與1端閉合,調節金屬電阻的溫度t1,t2…和電流表的相應示數I1,I2…,然后將開關K與2端閉合,調節電阻箱使電流表的示數再次為I1,I2…,分別記下電阻箱相應的示數R1,R2….

(1) 有以下兩種電流表,實驗電路中應選用_________.

A. 量程0～100mA,內阻約2Ω

B. 量程0～0.6A,內阻可忽略

(2) 實驗過程中,要將電阻箱的阻值由9.9Ω調節至10.0Ω,需旋轉圖中電阻箱的旋鈕a、b、c,正確的操作順序是_________.

圖2

① 將旋鈕a由“0”旋轉至“1”

② 將旋鈕b由“9”旋轉至“0”

③ 將旋鈕c由“9”旋轉至“0”

(3) 實驗記錄的t和R的數據見下表.

溫度t(℃)20．040．060．080．0100．0阻值R(Ω)9．610．411．112．112．8

請根據表中數據,在答題卡的方格紙上作出R-t圖線.

由圖線求得R隨t的變化關系為R=_________Ω

解析:本題以探究金屬電阻的阻值R隨溫度t的變化關系為背景,考查了電流表的選擇、電阻箱阻值變化的操作順序、描點作圖及用圖像法處理數據的方法等.對高中物理核心素養中的“正確實施實驗探究方案的能力”進行了檢測.

(1) 會選擇實驗器材是順利完成實驗的最基本的必備技能.本題根據所給數據,即使電源內阻、電流表內阻和滑動變阻器的阻值不考慮,電路中的最大電流I也只有150mA,再考慮電流表內阻和滑動變阻器的阻值,所以0～0.6A的電流表量程太大,實驗結果不夠準確,只有用量程為0～100mA的電流表比較合理.

(2) 電阻箱是《江蘇省物理高考說明》中要求考生掌握的基本儀器之一.但是在實驗教學過程中,教師往往只重視讀數教學,而忽視電阻箱旋鈕的調節順序.這里為了防止電阻箱的阻值突然變小而燒壞電流表,實際使用中應先將電阻箱最大倍率對應的阻值調大,然后再調節小倍率的旋鈕.所以第一步必須將旋鈕a由“0”旋轉至“1”.

(3) 根據題中所給數據,合理確定物理量的標度,然后描點作圖(如圖3).

圖3

點評:本題的情境貼近學生的學習生活,讓學生感覺題目“似曾相識”,但是又推陳出新.試題設置的新穎之處在于突出了調節電阻箱的細節考查,命題意圖在于強調中學物理實驗教學不是實驗的習題教學,而應該讓學生走進實驗室,在操作中掌握實驗的原理，熟悉儀器的使用,提高學生的物理實驗素養.同時說明,對物理實驗中測量工具的使用教學,不僅要求學生會讀數,還要掌握儀器的結構和不同條件下的操作方法.如上述的電阻箱的調節,假如先斷開了開關S,那么先調哪個旋鈕就無所謂了,但開關閉合著,先調哪個旋鈕就不能隨意了.

圖4

(1) 用ΔEP=mgh計算鋼球重力勢能變化的大小,式中鋼球下落高度h應測量釋放時鋼球球心到_________之間的豎直距離.

A. 鋼球在A點時的頂端

B. 鋼球在A點時的球心

C. 鋼球在A點時的底端

圖5

(3) 下表為該同學的實驗結果

ΔEP(×10-2J)4．8929．78614．6919．5929．38ΔEK(×10-2J)5．0410．115．120．029．8

他發現表中的ΔEP與ΔEK之間存在差異,認為這是由于空氣阻力造成的,你是否同意他的觀點？請說明理由.

(4) 請你提出一條減小上述差異的改進建議.

解析:本題以驗證機械能守恒定律為背景,首先要求考生對鋼球下落高度測量方法進行判斷,考查學生設計實驗探究方案和獲取數據的能力,然后從實驗的誤差分析出發,設置了出乎考生意料的新穎的探究情境,考查考生分析、解釋實驗探究結果和變化趨勢以及誤差分析的能力.要求考生不是憑記憶,而是要能克服知識的負遷移,進行求異思維.

(1) 對非質點鋼球下落高度的測量,可以從球釋放時到所測量位置的頂端到頂端、底端到底端或球心到球心進行測量,所以B選項正確.

(3) 由表中數據可知,動能的增加量ΔEK大于勢能的減少量ΔEP,如果是空氣阻力造成的誤差應該是動能的增加量ΔEK小于勢能的減少量ΔEP,所以應該不同意他的觀點.其實產生此誤差的原因是用光電門測出的速度大于鋼球經過A點時的速度,理由是遮光條隨鋼球一起繞懸點O作圓周運動,遮光條的轉動半徑大于鋼球的轉動半徑,所以鋼球速度的測量值大于真實值,從而導致這樣的實驗結果.

點評:本題同樣利用學生熟悉的情境入手,源于教材但不拘泥于教材,設計了“用光電門和遮光條測做圓周運動的鋼球速度,但測出的速度大小與鋼球速度大小又不同”的新情景,命題者將學生熟悉的情境與新的探究情境有機地糅合在一起,對教材實驗做了縱向延伸,在問題的解決中,考查考生求異思維的能力和探究分析能力.

從上面的分析不難看出,兩道實驗題均從教材中基本實驗入手,重新加工、組合、包裝,實現了橫向拓展和縱向挖掘的效果.對中學物理實驗教學有如下啟示:

(1) 由于教材中的實驗一般都具有典型性、示范性、關聯性和發散性,它們或滲透著某些物理方法、或體現了某種物理思想、或提供了某種重要結論.教學時,教師如果忽視學生學習掌握實驗基本原理、操作及誤差分析等基本環節,急于通過題目去練習,不分析、不研究實驗的本質,重形式、重一招一式的技巧,不利于學生實驗素養的培養,不利于學生求異思維和創新能力的培養.因此必須重視教材中基本實驗的教學,要求學生掌握測量工具的結構、操作、校正及讀數.掌握基本實驗的裝置(電路圖)、原理、器材的選擇、操作步驟、數據處理方法、實驗結論、誤差分析及實驗的改進等內容,從而掌握基本實驗知識和技能,了解科學研究的方法.

(2) 美國著名心理學家布魯諾認為:知識的獲取是一個主動的過程,學習者不應是信息的被動接受者,而應該是知識獲得的參與者.因此,在中學物理實驗教學過程中,必須重視學生的實驗操作,要盡量營造真實的實驗環境,給學生暴露操作中出現問題的機會,鼓勵學生自己解決實驗過程中出現的問題,養成善于獨立思考、不怕失敗、勇于堅持的精神和實事求是的科學態度.讓他們在操作中,敏銳地觀察、豐富地聯想、靈活地構造、創造性地思維.這個過程中,要防止教師講解過分詳細,這樣會使學生按教師的講解“依樣畫葫蘆”,而失去嘗試錯誤的機會,也禁錮了學生創新能力的發展.更不能“紙上談兵”,黑板上講實驗,這樣提高學生的實驗能力就成了泡影.

(3) 由于高考實驗題重視教材但不拘泥于教材,再加上我們的學生有探究意識,但缺乏探究深度,所以在實驗教學中,必須帶著問題對教材的原實驗重新審視,找出原理和方法的優缺點,通過比較多種方法之間的異同,從本質上真正理解和把握實驗原理;以基本器材和基本實驗為基準點設置實驗習題,拓展、挖掘它的考查功能;根據高考試題高于課本的思路和呈現多樣的態勢,設置“新”的實驗情境,以典型問題為依托,順勢挖掘,進一步培養學生的想象力、分析與探究能力、遷移能力,使學生形成科學思維方式,從而更好地、獨立地進行一系列科學探究活動.

[1] 沈祖榮.基于高考要求談基本儀器的讀數規則——以2015年高考物理題為例[J].物理之友,2016,32(6).

[2] 李小青,張靜.近10年湖北高考物理實驗題分析[J].物理之友,2015,31(5).

[3] 陳圣宇,王愛生.備好物理實驗的探討[J].物理之友,2014,30(2).

①名師簡介：孫福如，江蘇省物理特級教師，江蘇省優秀教育工作者，南通市第四期“226高層次人才培養工程”第二層次培養對象，南通市物理學科帶頭人，如東縣物理名師創新團隊領銜人，主要研究中學物理教學.