淺談實(shí)驗(yàn)試題的命題規(guī)律
——以“驗(yàn)證牛頓第二定律實(shí)驗(yàn)”為例

江西

李紅偉

分析典型問(wèn)題,探究命題規(guī)律。

淺談實(shí)驗(yàn)試題的命題規(guī)律
——以“驗(yàn)證牛頓第二定律實(shí)驗(yàn)”為例

李紅偉

“驗(yàn)證牛頓第二定律實(shí)驗(yàn)”由于在實(shí)驗(yàn)原理、研究方法、數(shù)據(jù)處理方法、誤差控制等方面，能較好地考查學(xué)生的理解能力、分析能力、實(shí)驗(yàn)操作能力和創(chuàng)新能力等能力要求，是高考考試大綱中規(guī)定的學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)中的難點(diǎn)之一，故在近年高考中深受高考命題專家的青睞。本文結(jié)合歷年高考試題，探討實(shí)驗(yàn)試題命題的一般規(guī)律。

命題規(guī)律1：實(shí)驗(yàn)原型

本類試題以教材實(shí)驗(yàn)為原型進(jìn)行命題，主要是考查對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)器材、實(shí)驗(yàn)步驟、數(shù)據(jù)處理等方面的理解。

【例1】某實(shí)驗(yàn)小組利用圖1的裝置探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系。

A.調(diào)節(jié)滑輪的高度，使?fàn)恳緣K的細(xì)繩與長(zhǎng)木板保持平行

B.在調(diào)節(jié)木板傾斜度平衡木塊受到的滑動(dòng)摩擦力時(shí)，將裝有砝碼的砝碼桶通過(guò)定滑輪拴在木塊上

C.實(shí)驗(yàn)時(shí)，先放開(kāi)木塊再接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源

D.通過(guò)增減木塊上的砝碼改變質(zhì)量時(shí)，不需要重新調(diào)節(jié)木板傾斜度

圖1，，， 圖2

【答案】①AD ②遠(yuǎn)小于 ③小于 大于

命題規(guī)律2：實(shí)驗(yàn)變式

這類試題與教材實(shí)驗(yàn)原型比較，實(shí)驗(yàn)?zāi)康南嗤⒅皇窃趯?shí)驗(yàn)原理、器材、步驟等某個(gè)方面有所改進(jìn)。

【例2】某同學(xué)利用圖3所示實(shí)驗(yàn)裝置及數(shù)字化信息系統(tǒng)獲得了小車加速度a與鉤碼的質(zhì)量m的對(duì)應(yīng)關(guān)系圖，如圖4所示。實(shí)驗(yàn)中小車(含發(fā)射器)的質(zhì)量為200 g，實(shí)驗(yàn)時(shí)選擇了不可伸長(zhǎng)的輕質(zhì)細(xì)繩和輕定滑輪，小車的加速度由位移傳感器及與之相連的計(jì)算機(jī)得到。回答下列問(wèn)題：

圖3，，， 圖4

【答案】(1)非線性 (2)存在摩擦力 (3)調(diào)節(jié)軌道的傾斜度以平衡摩擦力 遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量

【點(diǎn)評(píng)】本試題在教材實(shí)驗(yàn)原型基礎(chǔ)上進(jìn)行了變化變形，利用位移傳感器代替打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，對(duì)實(shí)驗(yàn)條件、數(shù)據(jù)處理、誤差分析等知識(shí)內(nèi)容進(jìn)行了考查。學(xué)生在解答該題應(yīng)理解掌握控制變量這種實(shí)驗(yàn)方法，清楚實(shí)驗(yàn)每一項(xiàng)操作的理由，比如為什么要平衡摩擦力等。

命題規(guī)律3：實(shí)驗(yàn)遷移

這類試題以教材實(shí)驗(yàn)原型為背景，對(duì)實(shí)驗(yàn)的目的進(jìn)行研究變化，如利用“驗(yàn)證牛頓第二定律實(shí)驗(yàn)”實(shí)驗(yàn)裝置測(cè)量動(dòng)摩擦因數(shù)、驗(yàn)證動(dòng)能定理、驗(yàn)證機(jī)械能守恒等。由于實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡淖兓蚨趯?shí)驗(yàn)原理、方法、器材、步驟等方面也有相應(yīng)的變化。

【例3】圖5為測(cè)量物塊與水平桌面之間動(dòng)摩擦因數(shù)的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖，實(shí)驗(yàn)步驟如下：

①用天平測(cè)量物塊和遮光片的總質(zhì)量M、重物的質(zhì)量m；用游標(biāo)卡尺測(cè)量遮光片的寬度d;用米尺測(cè)量?jī)晒怆婇T(mén)之間的距離s；

②調(diào)整輕滑輪，使細(xì)線水平；

③讓物塊從光電門(mén)A的左側(cè)由靜止釋放，用數(shù)字毫秒計(jì)分別測(cè)出遮光片經(jīng)過(guò)光電門(mén)A和光電門(mén)B所用的時(shí)間ΔtA和ΔtB，求出加速度a；

⑤根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)求出動(dòng)摩擦因數(shù)μ;

圖5，，， 圖6

【點(diǎn)評(píng)】本試題利用“驗(yàn)證牛頓第二定律”實(shí)驗(yàn)裝置測(cè)量物塊與水平桌面之間動(dòng)摩擦因數(shù)，實(shí)驗(yàn)?zāi)康陌l(fā)生了變化，是在教材原實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上進(jìn)行了拓展遷移，對(duì)學(xué)生能力要求較高。同時(shí)利用光電門(mén)、數(shù)字毫秒計(jì)測(cè)量物塊速度，現(xiàn)代氣息濃。在解答該題時(shí)，應(yīng)明確探究加速度與物體質(zhì)量、物體受力的關(guān)系實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)原理，知道減小系統(tǒng)誤差的兩種方法。

命題規(guī)律4：實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新

這類試題不同于教材實(shí)驗(yàn)原型，在實(shí)驗(yàn)背景、目的、原理方法、器材、步驟等方面與原實(shí)驗(yàn)有很大差距，可以說(shuō)是“面目全非”，試題進(jìn)行了全方位的創(chuàng)新設(shè)計(jì)。

【例4】現(xiàn)要驗(yàn)證“當(dāng)質(zhì)量一定時(shí)，物體運(yùn)動(dòng)的加速度與它所受的合外力成正比”這一物理規(guī)律。給定的器材如下：傾角可以調(diào)節(jié)的長(zhǎng)斜面(如圖7)、小車、計(jì)時(shí)器、米尺。

(1)填入適當(dāng)?shù)墓交蛭淖郑晟埔韵聦?shí)驗(yàn)步驟(不考慮摩擦力的影響)：

①小車自斜面上方一固定點(diǎn)A1從靜止開(kāi)始下滑至斜面底端A2，記下所用的時(shí)間t。

⑤以h為橫坐標(biāo)，1/t2為縱坐標(biāo)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作圖。如能得到一條過(guò)原點(diǎn)的直線，則可以驗(yàn)證“當(dāng)質(zhì)量一定時(shí)，物體運(yùn)動(dòng)的加速度與它所受的合外力成正比”這一規(guī)律。

圖7

(2)在探究如何消除上述實(shí)驗(yàn)中摩擦阻力影響的過(guò)程中，某同學(xué)設(shè)計(jì)的方案是：

①調(diào)節(jié)斜面傾角，使小車在斜面上勻速下滑。測(cè)量此時(shí)A1點(diǎn)相對(duì)于斜面底端A2的高度h0。

②進(jìn)行(1)問(wèn)中的各項(xiàng)測(cè)量。

③計(jì)算與作圖時(shí)用(h-h0)代替h。

對(duì)此方案有以下幾種評(píng)論意見(jiàn)：

A.方案正確可行

B.方案的理論依據(jù)正確，但利用所給的器材無(wú)法確定小車在斜面上是否做勻速運(yùn)動(dòng)

C.方案的理論依據(jù)有問(wèn)題，小車所受摩擦力與斜面傾角有關(guān)

【點(diǎn)評(píng)】本試題不論在實(shí)驗(yàn)器材，實(shí)驗(yàn)原理等方面與教材原實(shí)驗(yàn)相比都不同，這對(duì)于學(xué)生的實(shí)驗(yàn)分析能力、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力要求很高，能很好地考查學(xué)生的創(chuàng)新思維能力。解答本題首先要清楚實(shí)驗(yàn)原理，清楚測(cè)量的物理量能否直接測(cè)量；否則要通過(guò)物理規(guī)律把變量進(jìn)行轉(zhuǎn)換，以便更好地進(jìn)行研究和測(cè)量。

江西省全南縣全南中學(xué))

在自然科學(xué)中，創(chuàng)立方法，研究某種重要的實(shí)驗(yàn)條件，往往要比發(fā)現(xiàn)個(gè)別事實(shí)更有價(jià)值——巴甫洛夫