研究高考實(shí)驗(yàn)試題 提升科學(xué)探究能力

程夢(mèng)輝

摘要：本文總結(jié)了高考物理實(shí)驗(yàn)試題的有機(jī)整合、適當(dāng)延伸、演變創(chuàng)新3種重要命題形式及對(duì)應(yīng)求解策略，期望對(duì)培養(yǎng)和提升學(xué)生的科學(xué)探究能力有所幫助。

關(guān)鍵詞：高考實(shí)驗(yàn)試題? 科學(xué)探究能力? 有機(jī)整合

高考物理實(shí)驗(yàn)試題不僅題型靈活，能很好地考查學(xué)生的多種實(shí)驗(yàn)技能，而且這類(lèi)試題往往源于課本而又適當(dāng)高于課本，能突出考查學(xué)生的科學(xué)探究能力，為此，廣大教師必須認(rèn)真研究高考物理實(shí)驗(yàn)試題，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注近年高考物理實(shí)驗(yàn)試題，持續(xù)培養(yǎng)和提高學(xué)生的科學(xué)探究能力。研究發(fā)現(xiàn)，近年高考中突出考查學(xué)生科學(xué)探究能力的物理實(shí)驗(yàn)試題主要有三種類(lèi)型，本文將總結(jié)這三類(lèi)實(shí)驗(yàn)試題的命題特點(diǎn)及解答策略，供物理同行參考。

一、有機(jī)整合物理實(shí)驗(yàn)

此類(lèi)實(shí)驗(yàn)試題的基本特點(diǎn)是將教材中的幾個(gè)（多為兩個(gè)實(shí)驗(yàn)）物理實(shí)驗(yàn)（包括教師演示實(shí)驗(yàn)和學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)）有機(jī)結(jié)合起來(lái)（如：驗(yàn)證牛頓第二定律實(shí)驗(yàn)與探究動(dòng)能定理實(shí)驗(yàn)相結(jié)合、電表改裝實(shí)驗(yàn)與測(cè)電阻實(shí)驗(yàn)相結(jié)合、測(cè)電阻率實(shí)驗(yàn)與傳感器的簡(jiǎn)單應(yīng)用實(shí)驗(yàn)相結(jié)合等）。

這類(lèi)試題貌似新穎實(shí)為常規(guī)。對(duì)這類(lèi)實(shí)驗(yàn)試題的求解，我們應(yīng)當(dāng)善于通過(guò)對(duì)試題的分析，學(xué)會(huì)化大為小，將一個(gè)完整的實(shí)驗(yàn)問(wèn)題分割成若干個(gè)常規(guī)的小實(shí)驗(yàn)問(wèn)題，再按照實(shí)驗(yàn)的基本技能各個(gè)擊破、分步解答，以實(shí)現(xiàn)問(wèn)題的順利求解。

教師在物理教學(xué)中，應(yīng)當(dāng)根據(jù)教學(xué)實(shí)際，適時(shí)編制物理實(shí)驗(yàn)組合試題。通過(guò)分析求解物理實(shí)驗(yàn)組合試題，學(xué)生不僅能有效比較不同實(shí)驗(yàn)之間的相似與區(qū)別之處，從而加深理解和掌握物理規(guī)律，同時(shí)還能不斷培養(yǎng)和提高學(xué)生的綜合分析能力。

二、適當(dāng)延伸物理實(shí)驗(yàn)

此類(lèi)實(shí)驗(yàn)試題的特點(diǎn)是源于課本而又適當(dāng)高于課本，在考察教材演示實(shí)驗(yàn)或?qū)W生分組實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，再對(duì)實(shí)驗(yàn)加以適當(dāng)延伸（如：在改裝電表后再對(duì)改裝后的電表進(jìn)行校對(duì);在描繪小燈泡I-U曲線(xiàn)的基礎(chǔ)上，又提出探究小燈泡實(shí)際功率與兩端電壓之間的關(guān)系、探究小燈泡電阻與兩端電壓之間的關(guān)系;等等）。對(duì)這類(lèi)實(shí)驗(yàn)試題的求解，我們首先必須明確常規(guī)實(shí)驗(yàn)試題的解題思路，對(duì)延伸出來(lái)的實(shí)驗(yàn)問(wèn)題，應(yīng)當(dāng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，確定對(duì)應(yīng)的物理知識(shí)或?qū)嶒?yàn)方法，進(jìn)而推導(dǎo)出處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的計(jì)算公式，并進(jìn)一步確定實(shí)驗(yàn)方案，以實(shí)現(xiàn)問(wèn)題的逐步解決。本文列舉一例：

例1：某實(shí)驗(yàn)小組做“驗(yàn)證牛頓運(yùn)動(dòng)定律”實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示，實(shí)驗(yàn)中均滿(mǎn)足沙桶和沙的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車(chē)質(zhì)量。在正確安裝實(shí)驗(yàn)裝置后，首先進(jìn)行了平衡摩擦力操作。

（1）實(shí)驗(yàn)小組在一次實(shí)驗(yàn)中得到一條紙帶如圖乙所示，已知打點(diǎn)計(jì)數(shù)器所接交流電電源的頻率是50 Hz，則由紙帶可求出小車(chē)的加速度大小為_(kāi)______m/s2。（計(jì)算結(jié)果取兩位有效數(shù)字）

（2）實(shí)驗(yàn)小組多次改變沙與沙桶的總質(zhì)量，根據(jù)多次實(shí)驗(yàn)及數(shù)據(jù)做出了加速度a與合力F的關(guān)系圖像如圖丙所示，則可能的原因是_____________________。

（3）在對(duì)第（2）問(wèn)中出現(xiàn)的問(wèn)題做了修正后，實(shí)驗(yàn)小組保持沙和沙桶的總質(zhì)量不變，并多次改變放置在小車(chē)上的砝碼質(zhì)量m，同時(shí)測(cè)出多組對(duì)應(yīng)的加速度a，以m為橫坐標(biāo)、1/a為縱坐標(biāo)，得到如圖丁所示的關(guān)系圖像。如果該圖像“斜率”為k、圖中縱軸上的“截距”為b，則小車(chē)質(zhì)量M為_(kāi)______。

解析：此題源于學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)并適當(dāng)延伸（即第3問(wèn)中確定小車(chē)質(zhì)量M）。下面予以分析：

（1）根據(jù)圖乙中紙帶的數(shù)據(jù)，采用逐差法可求得加速度大為：a=x4+x3-x2-x14T2=0.59 m/s2。

（2）由圖丙看出，圖線(xiàn)再a軸上有截距，說(shuō)明對(duì)小車(chē)沒(méi)有施加拉力F時(shí)就有了加速度，這說(shuō)明平衡摩擦力過(guò)度了。

（3）由牛頓運(yùn)動(dòng)定律可得，F(xiàn)=（M+m）a，推得：1a=1F·m+MF

由圖丁所示圖線(xiàn)的“斜率”k及“截距”b，可以得出：M=bk。

三、演變創(chuàng)新物理實(shí)驗(yàn)

物理實(shí)驗(yàn)的演變創(chuàng)新是高考物理試題中的一大亮點(diǎn)。面對(duì)讓人耳目一新的實(shí)驗(yàn)試題，首先，我們必須明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康模菧y(cè)量性實(shí)驗(yàn)（如：測(cè)未知電阻的阻值、測(cè)電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻等）、還是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)（如：驗(yàn)證牛頓運(yùn)動(dòng)定律、驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律等）或探究性實(shí)驗(yàn)（如：探究小燈泡電流I與電壓U之間的關(guān)系）。創(chuàng)新類(lèi)實(shí)驗(yàn)試題往往有一些條件限制，此時(shí)要跳出習(xí)慣性思維（如：一看到測(cè)電阻大家就會(huì)想到伏安法，其實(shí)，對(duì)應(yīng)不同的題目條件，就有多種方法測(cè)電阻），以實(shí)驗(yàn)?zāi)康臑橹行模Y(jié)合題目條件聯(lián)系所學(xué)的物理知識(shí)，從而確定實(shí)驗(yàn)原理，并進(jìn)一步推導(dǎo)出處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的關(guān)系式等，以實(shí)現(xiàn)問(wèn)題的進(jìn)一步求解。本文列舉一例：

例2.目前社會(huì)上已普遍使用LED燈來(lái)照明。某LED燈的產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)這樣介紹，“本LED燈的耗能僅為白熾燈的1/10、節(jié)能燈的1/4……”該LED燈的工作電壓是“1.5～5.0 V”，最大正向直流電流約25 mA，發(fā)光效率η（效率η是指輻射的全部光功率P光與消耗電功率P的比值）與工作電壓U的關(guān)系曲線(xiàn)如圖乙所示。某實(shí)驗(yàn)小組設(shè)計(jì)了如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)電路，用于探究該LED燈的電功率P隨電壓U變化的關(guān)系，并依據(jù)此實(shí)驗(yàn)結(jié)果計(jì)算出該燈效率最大時(shí)的電阻RL及輻射的光功率P光。

實(shí)驗(yàn)小組繪出了如圖丙所示的P-U圖，則該LED燈效率達(dá)最大時(shí)的電阻RL=Ω，輻射的光功率P光=W。

解析：我們既不能采用R=UI計(jì)算電阻RL、也不能用P=UI計(jì)算P光。

由圖乙可知，LED燈管效率達(dá)到最大時(shí)對(duì)應(yīng)的工作電壓為2 V，又根據(jù)題圖丙可知工作電壓為2 V時(shí)燈管消耗的電功率P=2.0×10-2 W，此時(shí)工作電流I=P/U=1.0×10-2 A。由η=P光P×100%，解得P光=P×60%=1.2×10-2 W，此時(shí)有（P-P光）=I2RL，解得RL=80 Ω。

近年高考對(duì)物理實(shí)驗(yàn)問(wèn)題的考察難度相對(duì)較大，這就要求廣大教師在教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)高度重視物理實(shí)驗(yàn)，持續(xù)培養(yǎng)和提升學(xué)生科學(xué)探究的能力，使學(xué)生在全面掌握實(shí)驗(yàn)基本技能的同時(shí)，不斷提升創(chuàng)新思維能力，能靈活應(yīng)用所學(xué)的物理知識(shí)求解情景新穎的實(shí)驗(yàn)問(wèn)題。只有這樣，學(xué)生才能在將來(lái)輕松面對(duì)高考，在高考中取得優(yōu)異成績(jī)。

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