中考物理非常規實驗試題賞析

文代銘

(貴州省桐梓縣教研服務中心,貴州 遵義 563200)

《義務教育物理課程標準(2011年版)》明確要求：“除專門配備的儀器外,應提倡師生利用身邊的物品、器具、材料等進行物理實驗”，非常規物理實驗選擇的是學生所熟知的生活素材,根據教學需求,結合物理教學,創設真實任務情境進行實驗活動,促進學生的認知發展，激活其創新潛質，培育其核心素養，育人功能獨特。非常規物理實驗素材新穎,生活性強、體驗性好,以此為素材命題考查靈活、題型多樣,且探究性強、便于拓展,有利于考查學生核心素養的各個方面,可充分彰顯其獨特的評價功能。

1 考查物理觀念

非常規物理實驗是根據初中物理教學內容,結合學生的興趣愛好和個性特點,融合生活資源,能較好地滿足學生學習物理知識的需求,促進認知發展。非常規物理實驗是學生生活與物理知識之間的橋梁,運用非常規物理實驗試題,有利于考查學生物理觀念的構建情況,促進學生的認知發展。

圖1

例1(2020年無錫中考):如圖1所示,把長約20cm的飲料吸管從中部剪開(但不要徹底剪斷)并彎折過來,將其中一段吸管a插在盛水的燒杯中,在另一段吸管b的管口用力吹氣,水將從a管的管口噴出,且呈霧狀,這是因為吹氣時( )。

A.a管上端附近氣體的壓強變大

B.a管上端附近氣體的壓強變小

C.燒杯中水面上氣體的壓強變大

D.燒杯中水面上氣體的壓強變小

解答:當用力從吸管b的管口吹氣時,吸管a上端的空氣流速加快,壓強減小,燒杯中的水便從吸管a的管口呈霧狀噴出，選項B正確。

賞析:該題是以非常規物理實驗為素材命制的中考試題，以實驗探究的形式考查學生對“流體壓強與流速的關系”的理解和應用,同時考查學生從物理學的視角解決生活中實際問題的能力。此題要求學生能用“流體壓強與流速的關系”分析實驗現象、解釋水從吸管a的管口呈霧狀噴出的原因,從而解決實際問題,理解噴霧器的工作原理。自制“簡易噴霧器”與生活聯系密切,該實驗簡單易做,貼近生活,體驗性好,情境真實。

2 考查科學思維能力

非常規物理實驗是體驗性、動手性、探究性強的實踐創新活動，利用非常規實驗創設真實情境,讓物理知識更加貼近學生的生活,培育學生的創新思維,運用邏輯思維判斷身邊的事物,分析和解決生活中的實際問題。學生將創意和方案轉化為有形的實驗用品,或對已有的生活物品進行優化、改進，就會激活其創新潛質。非常規物理實驗試題有利于考查學生模型建構、科學推理、科學論證、質疑創新等科學思維的要素。

例2(2020年紹興中考):如圖2所示，小敏將質量為20g、體積為25cm3的塑料塊放入水平平衡的容器內(圖甲),放手后容器右端下降。撤去塑料塊,往容器內緩慢倒入一定量的水,使容器再次水平平衡(圖乙),將該塑料塊輕輕放入圖丙所示的位置,放手后容器最終將(填“左低右高”“左高右低”或“水平平衡”)。此時,塑料塊受到的浮力為N。

圖2

解答:據題意知塑料塊的密度為0.8g/cm3,小于水的密度,將塑料塊輕輕放入水中,放手后,塑料塊會漂浮在水面上。液體朝各個方向都有壓強,且同一深度的壓強相等,容器最終將處于水平平衡狀態。由于塑料塊漂浮在水面,受到的浮力F浮等于塑料塊的重力G,大小為0.2N。

賞析:該題情境新穎、趣味性強，有一定的創新性,著重考查學生利用液體壓強的特點解決實際問題的能力。課標要求通過實驗來探究液體壓強的影響因素,試題利用非常規實驗創設情境,設置懸念,巧妙地考查了學生運用液體壓強的特點和浮力知識進行綜合分析、解決實際問題的能力,同時也考查了學生的邏輯思維能力。

3 考查科學探究能力

非常規實驗是重要的物理課程資源，也是物理教學的重要組成部分,非常規物理實驗的體驗性好、探究性強。在實驗過程中學生手腦并用、思維活動活躍,是培養學生理性思維、實驗能力、科學探究能力的重要途徑。利用非常規物理實驗探究編制試題,有利于考查學生的科學探究能力。

例3(2020年貴陽中考):如圖3甲所示,一空瓷碗漂浮在足夠深的盛水容器中,現用筷子將空碗緩慢地豎直壓入水中并沉入容器底靜止,請在乙圖的坐標中畫出從開始壓碗直至碗底接觸容器底這一過程中, 下壓過程中碗口始終向上,不考慮筷子浸入水中的體積，請畫出水對容器底的壓強p隨碗底下降的距離s變化關系的大致圖像。

圖3

解析:壓瓷碗前,碗漂浮在水面上,水對容器底有一定的壓強。開始豎直壓碗后,水面不斷上升,水對容器底的壓強增大,當碗口與水面相平時,水面上升到最高位置,容器底受到的壓強最大。繼續豎直壓碗,水開始進入碗中,水面不斷下降,容器底受到的壓強減小,當碗中裝滿水后,水面下降到最低位置,水對容器底的壓強最小。此后碗沉入容器底靜止,水面高度不再變化,容器底受到的壓強不變,不過,容器底此時受到的壓強小于碗漂浮時受到的壓強，水對容器底的壓強p隨碗底下降的距離s變化關系的圖像如圖4所示。

圖4

賞析:在科學探究中要求學生用學過的物理術語、圖像、表格等表述科學探究的過程和結論，該題創設了非常規實驗情境,考查學生運用p-s圖像描述液體壓強的大小與深度的關系的關鍵能力,同時考查學生基于觀察和實驗探究、分析論證得出壓強p隨碗底下降的距離s變化關系結論的科學探究能力。

4 考查科學態度與責任

非常規實驗可使學生感受到物理學真實、可靠，切身體會到物理與技術、社會、環境之間的互動關系,領悟物理知識源于生活,又服務于社會。非常規實驗的開發和應用有利于學生保持對自然界的好奇,領略自然界的美妙與和諧,體驗知識的構建過程。與非常規物理實驗相關的試題,貼近生活,內容豐富,真實感強,有利于考查學生對科學的真情實感和對科學本質的認識。

圖5

例4(2020年荊州中考):如圖5所示,在一個罐子的蓋和底各開兩個小洞。將小鐵塊用細繩綁在橡皮筋的中部穿入罐中,橡皮筋兩端穿過小洞用竹簽固定。做好后將它從不太陡的斜面滾到水平面。下列說法正確的是( )。

A.罐子從斜面滾下,重力勢能只轉化為動能

B.罐子從斜面滾下的過程中,只有動能和彈性勢能的相互轉化

C.因為能量之間可以相互轉化,所以罐子滾下后可能再次滾上斜面

D.如果水平面是光滑的,則罐子會一直滾動下去

解答：罐子從不太陡的斜面滾下的過程中,罐子的重力勢能轉化為動能。滾動過程中小鐵塊使橡皮筋發生形變,橡皮筋的彈性勢能增加,罐子的動能轉化為橡皮筋的彈性勢能。當罐子的速度為零后,橡皮筋的彈性勢能又會轉化為罐子的動能,使罐子沿水平面往回滾動,罐子很有可能再次滾上斜面。

賞析:該題以非常規實驗為素材考查動能與勢能的相互轉化,要求學生判斷影響動能、重力勢能、彈性勢能的因素及其相互轉化的實質。試題在考查學生對重力勢能與動能、動能與彈性勢能相互轉化的認識的同時,也考查了學生嚴謹認真、實事求是、勇于探索的科學態度的形成情況。該題的精彩之處在于彈性勢能與動能相互轉化的情境設置,巧妙地利用小鐵塊的慣性使橡皮筋發生形變,罐子的動能以彈性勢能的形式儲存在橡皮筋中,使“罐子滾下后可能再次滾上斜面”具有神秘的色彩,如果學生沒有類似的非常規實驗經歷和親身體驗,很難全面把握和準確認識動能與彈性勢能相互轉換的本質。

5 結語

開發與應用非常規物理實驗,將物理知識與生活資源有機融合起來,就會點燃學生創新思維的火花。在初中物理教學評價中加強非常規實驗試題的地位,有利于形成正確的導向,切實培育學生的核心素養,充分發揮非常規物理實驗的育人價值,彰顯其評價功能。