2019年全國(guó)卷力學(xué)實(shí)驗(yàn)題的分析及啟示

(福建省三明市第二中學(xué),福建 三明 365000)

高考物理命題的指導(dǎo)思想為：教材是依據(jù)，基礎(chǔ)是關(guān)鍵，能力是主導(dǎo)。2019年全國(guó)卷力學(xué)實(shí)驗(yàn)題在學(xué)生熟悉的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)新和拓展，考查學(xué)生基本知識(shí)、實(shí)驗(yàn)?zāi)芰σ约袄斫狻⑼评怼⑦w移應(yīng)用等能力。筆者對(duì)該力學(xué)實(shí)驗(yàn)題進(jìn)行剖析，感悟命題思想，提出備考策略。

1 力學(xué)實(shí)驗(yàn)題的分析及啟示

例1(全國(guó)Ⅰ卷)：某小組利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器對(duì)物塊沿傾斜的長(zhǎng)木板加速下滑時(shí)的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行研究。物塊拖動(dòng)紙帶下滑，打出的紙帶一部分如圖1所示。已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用交流電的頻率為50Hz，紙帶上標(biāo)出的每?jī)蓚€(gè)相鄰點(diǎn)之間還有4個(gè)打出的點(diǎn)未畫(huà)出。在ABCDE五個(gè)點(diǎn)中，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器最先打出的是點(diǎn)，在打出C點(diǎn)時(shí)物塊的速度大小為m/s(保留3位有效數(shù)字)；物塊下滑的加速度大小為m/s2(保留2位有效數(shù)字)。

圖1

解析：本題考查學(xué)生利用紙帶記錄物塊運(yùn)動(dòng)的時(shí)間和位移，利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，測(cè)物塊的瞬時(shí)速度和加速度；考查學(xué)生基本儀器的讀數(shù)、打點(diǎn)紙帶的應(yīng)用、分析和處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的能力。

啟示：本題利用基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)考查學(xué)生對(duì)紙帶的分析、數(shù)據(jù)采集與處理等能力。打點(diǎn)的紙帶記錄了物體運(yùn)動(dòng)的時(shí)間和空間信息，學(xué)生要會(huì)求勻變速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的3類(lèi)問(wèn)題：各段位移、各點(diǎn)的瞬時(shí)速度、加速度。本題沒(méi)有復(fù)雜的背景，是學(xué)生熟悉的題型，考查學(xué)生對(duì)刻度尺的使用與讀數(shù)，利用中間時(shí)刻速度公式和逐差法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、解決問(wèn)題，教師在復(fù)習(xí)中不應(yīng)丟開(kāi)教材中的基本實(shí)驗(yàn)，一味追求創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)。

例2(全國(guó)Ⅱ卷)：如圖2所示，某同學(xué)設(shè)計(jì)了測(cè)量鐵塊與木板間動(dòng)摩擦因數(shù)的實(shí)驗(yàn)。所用器材有：鐵架臺(tái)、長(zhǎng)木板、鐵塊、米尺、電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、頻率50Hz的交流電源、紙帶等。回答下列問(wèn)題：

圖2

(1) 鐵塊與木板間動(dòng)摩擦因數(shù)μ=(用木板與水平面的夾角θ、重力加速度g和鐵塊下滑的加速度a表示)；

(2) 某次實(shí)驗(yàn)時(shí)，調(diào)整木板與水平面的夾角θ=30°。接通電源。開(kāi)啟打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，釋放鐵塊，鐵塊從靜止開(kāi)始沿木板滑下。多次重復(fù)后選擇點(diǎn)跡清晰的一條紙帶，如圖3所示。圖中的點(diǎn)為計(jì)數(shù)點(diǎn)(每?jī)蓚€(gè)相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)點(diǎn)未畫(huà)出)。重力加速度為9.8m/s2。可以計(jì)算出鐵塊與木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)為(結(jié)果保留2位小數(shù))。

圖3

解析：本題考查學(xué)生利用牛頓第二定律求鐵塊與木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ，利用紙帶記錄鐵塊運(yùn)動(dòng)的時(shí)間和位移，求鐵塊運(yùn)動(dòng)的加速度，考查學(xué)生數(shù)據(jù)處理及公式推導(dǎo)的能力。

啟示：本題沒(méi)有復(fù)雜的背景，涉及的模型為學(xué)生所熟悉。考查學(xué)生利用刻度尺測(cè)量長(zhǎng)度，并進(jìn)行正確讀數(shù)，用逐差法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，求出加速度。教材中沒(méi)有測(cè)量動(dòng)摩擦因數(shù)的實(shí)驗(yàn)，在2013年全國(guó)Ⅰ卷、2015年全國(guó)Ⅱ卷中，已經(jīng)考查過(guò)利用牛頓第二定律間接求出動(dòng)摩擦因數(shù)，2019年高考試題看似較新，其實(shí)是常規(guī)問(wèn)題，考查載體不同，但考點(diǎn)卻相同，常規(guī)與創(chuàng)新并存是高考力學(xué)實(shí)驗(yàn)題永恒不變的主題。

例3(全國(guó)Ⅲ卷)：甲、乙兩位同學(xué)設(shè)計(jì)了利用數(shù)碼相機(jī)的連拍功能測(cè)重力加速度的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中，甲同學(xué)負(fù)責(zé)釋放金屬小球，乙同學(xué)負(fù)責(zé)在小球自由下落的時(shí)候拍照。已知相機(jī)每間隔0.1s拍1幅照片。

(1) 若要從拍得的照片中獲取必要的信息，在此實(shí)驗(yàn)中還必須使用的器材是。

A． 米尺 B． 秒表

C． 光電門(mén) D． 天平

(2) 簡(jiǎn)述你選擇的器材在本實(shí)驗(yàn)中的使用方法。

(3) 實(shí)驗(yàn)中兩同學(xué)由連續(xù)3幅照片上小球的位置a、b和c得到ab=24.5cm、ac=58.7cm，則該地的重力加速度大小為g=m/s2(保留2位有效數(shù)字)。

解析：命題者創(chuàng)設(shè)新情境，利用數(shù)碼相機(jī)的連拍功能記錄小球的運(yùn)動(dòng)時(shí)間和位移，測(cè)定重力加速度，體現(xiàn)了基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與創(chuàng)新相結(jié)合、知識(shí)與能力并舉的考查形態(tài)。

啟示：高考命題注重物理知識(shí)應(yīng)用于生活實(shí)際問(wèn)題的解決，本題充分體現(xiàn)了“從生活走向物理，從物理走向社會(huì)”的課程理念。試題中呈現(xiàn)的模型也為學(xué)生所熟知，考查學(xué)生利用刻度尺測(cè)量長(zhǎng)度，利用位移差公式進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、解決問(wèn)題。教師在教學(xué)過(guò)程中，要將課內(nèi)知識(shí)與課外生活相融合，引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用物理知識(shí)，提高學(xué)生解決真實(shí)問(wèn)題的能力。

2 力學(xué)實(shí)驗(yàn)題備考策略

高中力學(xué)實(shí)驗(yàn)試題可分為3種類(lèi)型：探究型、驗(yàn)證型、測(cè)量型。因力學(xué)實(shí)驗(yàn)題涉及實(shí)驗(yàn)原理的理解、實(shí)驗(yàn)方法的確定、基本儀器的使用、實(shí)驗(yàn)的操作、誤差的分析、數(shù)據(jù)的處理及結(jié)論的得出等，近幾年高考力學(xué)實(shí)驗(yàn)題進(jìn)行了創(chuàng)新設(shè)計(jì)，對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰μ岢隽烁咭螅處熢诹W(xué)實(shí)驗(yàn)備考復(fù)習(xí)中，在抓好基本實(shí)驗(yàn)技能的同時(shí)，要進(jìn)行歸納分類(lèi)，預(yù)設(shè)創(chuàng)新點(diǎn)，加強(qiáng)對(duì)典型例題的分析，使實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)更有針對(duì)性，更有效果。

2.1 夯實(shí)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，促進(jìn)對(duì)實(shí)驗(yàn)本質(zhì)的理解

高考考綱中7個(gè)力學(xué)實(shí)驗(yàn)(如表1)是培養(yǎng)學(xué)生能力的重要載體，是物理高考實(shí)驗(yàn)試題命制的重要內(nèi)容，教師在備考復(fù)習(xí)中，要夯實(shí)基礎(chǔ)，要求學(xué)生透徹理解實(shí)驗(yàn)原理，引導(dǎo)學(xué)生從基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)中提取、積累有價(jià)值的方法，提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究能力。

表1

2019年全國(guó)卷中力學(xué)實(shí)驗(yàn)題考查的是實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)原理，在備考復(fù)習(xí)中教師要引導(dǎo)學(xué)生重視物理概念、規(guī)律的深度理解，只有讓學(xué)生把基礎(chǔ)題做細(xì)、做精，才能從容面對(duì)高考，收獲成功。

2.2 強(qiáng)化牛頓第二定律實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)

牛頓第二定律實(shí)驗(yàn)是高中物理的重要實(shí)驗(yàn)，是高考實(shí)驗(yàn)的高頻考點(diǎn)，2012年全國(guó)大綱卷、2014年全國(guó)Ⅰ卷、2016年全國(guó)Ⅱ卷、2016年全國(guó)Ⅲ卷等均涉及牛頓第二定律實(shí)驗(yàn)的考查。與牛頓第二定律相關(guān)試題在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)條件的控制、數(shù)據(jù)處理等方面，會(huì)呈現(xiàn)不同的形式和情境，同時(shí)又涉及等效法、近似法、圖像法等科學(xué)方法，學(xué)生在做題目時(shí)常會(huì)無(wú)所適從，如：有的實(shí)驗(yàn)不需要平衡阻力、砂桶的質(zhì)量不需要遠(yuǎn)小于小車(chē)的質(zhì)量等，究其原因，是學(xué)生死記硬背一些結(jié)論，沒(méi)有理解實(shí)驗(yàn)的本質(zhì)，需要教師引導(dǎo)，圍繞幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，進(jìn)行有針對(duì)性的復(fù)習(xí)，提升學(xué)生分析和解決問(wèn)題的能力。

學(xué)生可以從牛頓第二定律實(shí)驗(yàn)中獲得多種技能，如：設(shè)計(jì)思想、實(shí)驗(yàn)原理和方法、操作能力、推理能力、數(shù)據(jù)處理能力、誤差分析能力等。教師在備考復(fù)習(xí)中要指導(dǎo)學(xué)生認(rèn)真研究、領(lǐng)悟教材提供的實(shí)驗(yàn)方案，積極思考和質(zhì)疑實(shí)驗(yàn)中的關(guān)鍵問(wèn)題，夯實(shí)基礎(chǔ)，加深對(duì)實(shí)驗(yàn)的本質(zhì)理解，提升解題能力和物理學(xué)科核心素養(yǎng)。

2.3 加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)技能培養(yǎng)，提升學(xué)生解題能力

物理高考命題緊繞核心素養(yǎng)、能力立意進(jìn)行設(shè)置，考查學(xué)生對(duì)物理概念和規(guī)律掌握情況，考查學(xué)生運(yùn)用數(shù)學(xué)探尋物理量之間的函數(shù)關(guān)系的能力。教師要加強(qiáng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)遷移能力訓(xùn)練，在實(shí)踐中提升解題能力，讓學(xué)生逐步形成適應(yīng)個(gè)人終身發(fā)展的必備品格和關(guān)鍵能力。

2.4 重視力學(xué)實(shí)驗(yàn)的拓展創(chuàng)新

物理高考試題取材于生活，對(duì)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了拓展與創(chuàng)新，通過(guò)創(chuàng)設(shè)新情境、新條件、新要求，讓學(xué)生利用學(xué)過(guò)的物理理論、實(shí)驗(yàn)方法解決新問(wèn)題，讓學(xué)生體驗(yàn)探究過(guò)程，開(kāi)闊視野，提高分析問(wèn)題的能力，有效培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

備考復(fù)習(xí)應(yīng)把握高考的脈搏，教師要指導(dǎo)學(xué)生掌握基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的原理、數(shù)據(jù)處理與誤差分析方法等，關(guān)注學(xué)生的分析推理與知識(shí)遷移能力，有意識(shí)培養(yǎng)學(xué)生從基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)中提取、積累有價(jià)值的方法，強(qiáng)化學(xué)生靈活應(yīng)用理論知識(shí)，解答創(chuàng)新考題。