高考實驗題典型錯解分析對物理實驗教學及新高考的啟示*
——以2016年河北省高考理綜(全國卷Ⅰ)實驗題為例

于旭堃

(河北師范大學物理科學與信息工程學院 河北 石家莊 050024)

薛文飛

(河北師范大學研究生院 河北 石家莊 050024)

劉英麗 郭芳宏 孟秀蘭

(河北師范大學物理科學與信息工程學院 河北 石家莊 050024)

考試與評價研究

高考實驗題典型錯解分析對物理實驗教學及新高考的啟示*
——以2016年河北省高考理綜(全國卷Ⅰ)實驗題為例

于旭堃

(河北師范大學物理科學與信息工程學院 河北 石家莊 050024)

薛文飛

(河北師范大學研究生院 河北 石家莊 050024)

劉英麗 郭芳宏 孟秀蘭

(河北師范大學物理科學與信息工程學院 河北 石家莊 050024)

針對2016年高考理綜全國卷(Ⅰ)實驗題22和23題河北省考生的作答情況，給出了正解，分析了考生出現的典型錯誤．考生出現的典型錯誤有：不理解物理公式的含義；不能靈活運用理論知識解決問題；不理解題意和實驗原理；不能正確使用常用的實驗儀器；數學計算錯誤；物理語言概括表述有誤等．針對考生的錯解情況，提出改革物理實驗教學的建議．

高考理綜 物理 物理實驗能力 錯解 啟示

近年來高考非常重視物理實驗能力的考查，2016年高考理綜(全國卷Ⅰ)第22和23題屬于實驗類題目，主要考查考生審題能力，知識的靈活運用能力，實驗目的、原理的理解能力，處理數據的能力，分析、解決問題的能力及儀器的使用等．這兩個實驗題滿分分別為5分和10分，但河北省考生的滿分率并不高，失分較多．下面將梳理第22和23題的正解并分析河北省考生的典型錯誤，分析考生的錯解情況，希望對改進物理實驗教學及新高考備考有所啟示．

1 22題試題分析

1.1第22題原題

【題目】某同學用圖1(a)所示的實驗裝置驗證機械能守恒定律，其中打點計時器的電源為交流電源，可以使用的頻率有20 Hz，30 Hz和40 Hz．打出紙帶的一部分如圖1(b)所示．

該同學在實驗中沒有記錄交流電的頻率f，需要用實驗數據和其他條件進行推算．

(1)若從打出的紙帶可判定重物勻加速下落，利用f和圖1(b)中給出的物理量可以寫出：在打點計時器打出B點時，重物下落的速度大小為______，打出C點時重物下落的速度大小為______，重物下落的加速度的大小為______．

圖1 第22原題題圖

(2)已測得s1=8.89 cm，s2=9.50 cm，s3=10.10 cm；當重力加速度大小為9.80 m/s2，實驗中重物受到的平均阻力大小約為其重力的1%．由此推算出f為______Hz．

1.2試題正確解析

此題主要考查考生對實驗數據的處理方法，通過分析紙帶數據求解瞬時速度的大小；靈活運用運動學公式或牛頓第二定律求解加速度的大小，進而求得頻率的大小．

(1)求解打點計時器打出B和C點時，重物下落的速度vB和vC的大小.

(1)

(2)

求重物下落的加速度大小.

方法一：勻變速直線運動過程中，速度與時間的關系為v=v0+at，以BC段為研究過程，則

vC=vB+aT，將式(1)、(2)代入可得重物下落的加速度大小，即

(3)

(4)

或者

(5)

(2)求交流電源的頻率.

重物在下落的過程中，重物受到重力和阻力，已知重物受到的平均阻力大小約為其重力的1%，則阻力Ff=0.01mg，根據牛頓第二定律F=ma，可得

mg-0.01mg=ma

(6)

a=0.99g

將式(3)代入式(6)，得交流電源的頻率

f=40 Hz

2 23題試題分析

2.1第23題原題

【題目】現要組裝一個由熱敏電阻控制的報警系統，當要求熱敏電阻的溫度達到或超過60 ℃時，系統報警．提供的器材有：熱敏電阻，報警器(內阻很小，流過的電流超過Ic時就會報警)，電阻箱(最大阻值為999.9 Ω)，直流電源(輸出電壓為U，內阻不計)，滑動變阻器R1(最大阻值為1 000 Ω)，滑動變阻器R2(最大阻值為2 000 Ω)，單刀雙擲開關一個，導線若干．

在室溫下對系統進行調節，已知U約為18 V，Ic約為10 mA；流過報警器的電流超過20 mA時，報警器可能損壞；該熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而減小，在60 ℃時阻值為650.0 Ω．

(1)在答題卡上完成待調節的報警系統原理電路圖的連線．

圖2 第23原題題圖

(2)在電路中應選用滑動變阻器______(填“R1”或“R2”)．

(3)按照下列步驟調節此報警系統

1)電路接通前，需將電阻箱調到一定的阻值，根據實驗要求，這一阻值為______Ω；滑動變阻器的滑片應置于______(填“a”或“b”)端附近，不能置于另一端的原因是____________________．

2)將開關向(填“c”或“d”)端閉合，緩慢移動滑動變阻器的滑片，直至________________．

(4)保持滑動變阻器滑片的位置不變，將開關向另一端閉合，報警系統即可正常使用．

2.2試題正確解析

此題主要考查考生對實驗目的及原理的理解、審題、電路設計與分析、常用儀器的正確使用、理論解決實際問題的能力等．

(1)在該實驗中，明確要求能用電阻箱進行校準，所以熱敏電阻和電阻箱應該并聯，然后再與報警器、滑動變阻器進行串聯，利用實驗中給的單刀雙擲開關控制實驗，便可起到報警的作用，正解如圖3所示．

圖3 答案電路圖

(2)直流電源的輸出電壓為18 V，當流經報警器的電流達到10 mA時，報警器就會報警，此時電路的總電阻為

則滑動變阻器電阻大小R滑變=1 150 Ω．所以，滑動變阻器應選擇R2；

(3)

1) 650.0；b；接通電源后，流過報警器的電流會超過20 mA，報警器可能損壞．

2)c，報警器開始報警.

對(3)中第1小題的正解分析：當熱敏電阻的溫度達到或超過60 ℃時，系統報警，而此時熱敏電阻的阻值為650.0 Ω，故應將電阻箱調到650.0 Ω，然后調節滑動變阻器，直至報警器報警．

如果滑動變阻器的滑片置于a端，滑動變阻器并沒有連入電路，那么整個電路的總電阻較小，此時，電路的總電流

則接通電源后，會燒壞報警器，故應將滑動變阻器的滑片置于b端，保證報警器和電路的安全使用．

對(3)中第2小題的正解分析：將開關接到c端與電阻箱連接，調節滑動變阻器，直至報警器開始報警；然后再接入熱敏電阻，電路即可正常工作．

針對該文字表述題，考生作答情況如下也給滿分：

當直流電源的輸出電壓為18 V，流經報警器的電流達到10 mA時，此時電路的總電阻為

則

R滑變=R總-R熱敏=1 150 Ω

所以，如果考生作答“電流超過Ic”、“滑動變阻器的阻值為1 150 Ω”或者“電路中的總電阻為1 800 Ω”，均給滿分．

3 考生典型錯解分析

3.1不理解物理公式的含義

3.2不能靈活運用理論知識解決問題

(1)第22題在求打點計時器打出B和C點重物的下落速度大小時，部分考生不能靈活運用勻變速直線運動中某段時間內的平均速度大小等于中間時刻的瞬時速度大小的推論，出現了vB=2(s1+s2)f和vC=2(s2+s3)f等錯誤答案．

(2)在求重物下落的加速度大小時，主要是運用牛頓第二定律來求解．但是，大多數考生找不到突破口，不能對物體進行正確的受力分析，無法靈活運用牛頓第二定律進行求解．

3.3計算錯誤

在求解重物的加速度大小時，涉及數學運算，很多考生雖然列式正確，但計算出現錯誤，導致出現

和

等錯誤答案而失分．

3.4不理解題意不能正確理解實驗原理

(1)第22題中已明確指出打點計時器的電源為交流電源，可以使用的頻率有20 Hz，30 Hz和40 Hz，但是大多數考生仍然計算得出其他的錯誤答案，例如：30.3 Hz，40.33 Hz．很顯然考生沒有真正理解題意.

(2)在第23題(1)中連接電路圖時，大部分考生沒有理解實驗原理和電阻箱、熱敏電阻的連接關系，造成該題失分較多，主要存在以下錯誤.

1)將導線畫成虛線，如圖4所示；

圖4 錯誤電路圖

2)不認真審題，不明確題目中所給的具體實驗器材，隨意加實驗器材，例如導線、開關、電壓表和電流表等，錯誤電路圖如圖5，圖6，圖7和圖8所示；

圖5 錯誤電路圖

圖6 錯誤電路圖

圖7 錯誤電路圖

圖8 錯誤電路圖

3)個別考生在連接電路時，沒有用碳素筆描畫，導致掃描在電腦上之后，圖跡不清；

4)少數考生在連接電路時，沒有發揮所給實驗儀器的作用．例如，有些考生把導線直接接在滑動變阻器的a端，沒有將滑動變阻器接入電路，如圖9所示．

圖9 錯誤電路圖

(3)實驗原理是實驗的核心，是實驗方案設計、實驗操作以及實驗結果解釋的基礎．如果沒有理解實驗原理、實驗過程，就無法運用電路中電阻的關系計算第23題(3)第1小題中電路接通前電阻箱的阻值．

3.5不能正確使用常用的實驗儀器

大多數考生明白將滑動變阻器連入電路時，其阻值應處于最大位置處，但是部分考生在作答第23題(3)第1小題的問題時，由于電路圖沒有正確作答，將答案填寫成a，反映出考生沒有真正理解滑動變阻器的作用．

3.6物理語言概括表述有誤

(1)大多數考生在表述第23題(3)第1小題中滑片不能置于另一端的原因時存在的問題比較多．例如，部分考生填寫的答案模棱兩可，文字表述不完整，出現“分壓過大”、“短路”、“電路短路”、“保證實驗安全”等與題目要求無關的錯誤答案．

(2)在第23題(3)第2小題中正解是“報警器開始報警”，考生主要存在的錯誤如下：一是錯別字導致丟分，錯答為“報警器想”、“報警器報器”等；二是混淆起報警作用的用電器，錯答為“熱敏電阻報警”；三是物理語言表述不準確，混淆報警器工作和報警器報警的關系，錯答為“報警器開始運轉”、“報警器開始工作”、“報警器開始啟用”等；四是原題里并沒有電流表且報警器無法顯示電流示數，但是部分考生錯答“報警器的示數為10 mA”、“電流表的示數為10 mA”等．

4 結語

以上分析的河北省考生在高考第22和23題中出現的典型錯誤，雖然來自學生，但也反映了教學中存在的問題．針對以上錯誤，教學中要注意讓學生夯實理論基礎，提高實驗技能，靈活運用理論知識解決物理實驗問題，培養學生審題、實驗設計與分析、常用儀器的使用能力，特別注意提高學生的計算能力．最重要的是要引導學生親自做實驗，而不是僅僅停留在“講實驗”和“背實驗”，提高學生的物理實驗能力，體現物理學是一門以實驗為基礎的科學之特征．也希望考生錯解的分析對以后物理教學改革及高考有所啟示和幫助．

1 孟秀蘭,高永昌,魯增賢.2005年高考理綜全國卷(Ⅰ)第23題的多種解法及其典型錯誤分析.物理教學，2006(2)：39～41

2 王麗萍,張萍，孟秀蘭.2009年高考理綜22，23題分析.物理教學探討，2009(10)：49～51

3 陶洪.物理實驗論.南寧:廣西教育出版社，1996.24～26

4 周麗.高考物理實驗題與培養考生實驗能力的調查研究.云南師范大學，2015

5 茹秀芳,張春斌,張軍朋,等.物理高考實驗題中學生智慧技能障礙分析.物理教學,2015(10)：51～54

*河北省研究生示范課程建設項目——“基礎物理專題研究”及河北師范大學研究生創新項目 “初高中物理教學銜接中存在的問題研究”研究成果之一.

2017-03-31)