2023年高考全國甲、乙卷力學實驗題評析與啟示

摘" 要：2023年高考全國甲、乙卷力學實驗題源于教材，但對學生能力的考查效果卻高于教材，這兩道力學實驗題全方位地考查了學生實驗原理理解、實驗設計與操作、數(shù)據(jù)處理及誤差分析等多方面的能力。試題注重創(chuàng)新，考查了學生的科學探究能力，很好地體現(xiàn)了高考考查的能力立意。本文對2023年高考全國甲、乙卷力學實驗題進行評析，以期為后期的物理教學提供參考。

關鍵詞：高考試題；力學實驗；科學探究；教學啟示

物理實驗在培養(yǎng)學生科學探究能力方面具有重要地位。高考對物理力學實驗的考查源于教材，但高于教材，其命制一向追求創(chuàng)新視角，充分體現(xiàn)了對學生科學探究能力、創(chuàng)新能力以及綜合應用能力的考查。

2023年高考全國甲、乙卷的兩道力學實驗題不僅落實基礎，考查了學生對教材基礎實驗原理的理解，強調(diào)實驗設計與操作、實驗數(shù)據(jù)的處理與分析，注重學以致用，而且這兩道題更具創(chuàng)新性與應用性，在充分落實對科學探究素養(yǎng)能力考查的同時，也充分體現(xiàn)了《中國高考評價體系》下的“一核”“四層”“四翼”考查內(nèi)容。［1］2023年高考全國甲、乙卷實驗題均在教材實驗基礎上

做出了不同程度的創(chuàng)新，比如2023年高考全國乙卷力學實驗題，題目不用一個圖像，也沒有一個數(shù)據(jù)，但是通過實驗步驟一步步引導學生驗證力的平行四邊形定則，從實驗原理、數(shù)據(jù)記錄、數(shù)據(jù)處理、誤差分析、解釋交流等角度檢驗學生是否經(jīng)歷過實踐操作。2023年高考全國甲卷力學實驗題也不例外，其創(chuàng)新角度也比較明顯，題目在紙帶處理方式上進行數(shù)據(jù)處理的創(chuàng)新，沒有使用逐差法處理數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)而通過非常規(guī)的方式求平均速度，并應用圖像巧妙計算小車的加速度。

本文借助對2023年高考全國甲、乙卷力學實驗題的評析，以期為今后的物理教學提供一定的參考。

1" 高考試題分析與題目溯源

例1" （2023年高考全國乙卷第22題）在“驗證力的平行四邊形定則”的實驗中使用的器材有：木板、白紙、兩個標準彈簧測力計、橡皮條、輕質(zhì)小圓環(huán)、刻度尺、鉛筆、細線和圖釘若干。完成下列實驗步驟：

（1）用圖釘將白紙固定在水平木板上。

（2）將橡皮條的一端固定在木板上，另一端系在輕質(zhì)小圓環(huán)上。將兩細線也系在小圓環(huán)上，它們的另一端均掛上測力計。用互成一定角度、方向平行于木板、大小適當?shù)牧瓌觾蓚€測力計，小圓環(huán)停止時由兩個測力計的示數(shù)得到兩拉力F1和F2的大小，并""" （多選，填正確答案標號）。

A. 用刻度尺量出橡皮條的長度

B. 用刻度尺量出兩細線的長度

C. 用鉛筆在白紙上標記出小圓環(huán)的位置

D. 用鉛筆在白紙上標記出兩細線的方向

（3）撤掉一個測力計，用另一個測力計把小圓環(huán)拉到""" "，由測力計的示數(shù)得到拉力F的大小，沿細線標記此時F的方向。

（4）選擇合適標度，由步驟（2）的結(jié)果在白紙上根據(jù)力的平行四邊形定則作F1和F2的合成圖，得出合力F′的大小和方向；按同一標度在白紙上畫出力F的圖示。

（5）比較F′和F的""""" "，從而判斷本次實驗是否驗證了力的平行四邊形定則。

試題評析：本題考查的是驗證力的平行四邊形定則的實驗原理與操作，目的是考查學生應用已學知識解決問題的能力，并通過實驗步驟的填寫考查學生的科學探究能力。同時，學生的實驗設計能力與實驗數(shù)據(jù)處理、評估與交流等要素也得以考查，實驗考查方式比較新穎。此外，實驗步驟的填寫也可以反映學生對實驗的掌握程度。步驟（2）考查驗證

力的平行四邊形定則的實驗原理，該實驗的原理為“等效替代法”。根據(jù)力的三要素，測量某個力必須記錄其大小、方向、作用點，而且記錄方向時通常是取兩個比較遠的點來確定該力的方向，所以除了測量F1、F2的大小外，還要確定其方向，因此C、D正確。步驟（3）中，當用一個彈簧測力計來拉橡皮條時，要保證兩次的作用效果相同，則應該把小圓環(huán)拉到相同的位置。步驟（5）中，由于F′是F1、F2的合力，而兩次拉橡皮條的效果相同，則F′與F的效果也相同，所以應該比較F′與F的大小和方向，二者只要在誤差允許的范圍內(nèi)大小相等，方向相同，則說明本次實驗驗證了力的平行四邊形定則。本題立足于教材實驗基礎知識，通過實驗步驟的填寫考查學生的實驗探究能力與實驗操作能力。

題目溯源：驗證力的平行四邊形定則實驗是高中力學實驗的基礎，也是力學實驗的重要內(nèi)容，更是高中物理矢量學習的第一個實驗。在教材與歷年的高考試題中可以找到與本題類似的題型與素材，下面通過表格形式（見表1）對題目在教材與新、舊高考中的溯源情況進行了簡單的梳理。

從上述分析與溯源情況來看，該實驗主要考查實驗操作步驟，以及通過作力的圖示分析合力與分力的關系的方法。該實驗是力學矢量概念的基礎，又是數(shù)學知識在物理問題中應用的重要表現(xiàn)。因此，加強基礎知識的教育是學生物理觀念形成的堅實基礎，強化基礎知識的應用是發(fā)展學生核心素養(yǎng)的重要手段。

例2" "（2023年全國甲卷第23題）某同學利用如圖（a）所示的實驗裝置探究物體做直線運動時平均速度與時間的關系。讓小車左端和紙帶相連。右端用細繩跨過定滑輪和鉤碼相連。鉤碼下落，帶動小車

圖（a）

圖（b）

運動，打點計時器打出紙帶。某次實驗得到的紙帶和相關數(shù)據(jù)如圖（b）所示。

（1）已知打出圖（b）中相鄰兩個計數(shù)點的時間間隔均為0.1s。以打出A點時小車位置為初始位置，將打出B、C、D、E、F各點時小車的位移Δx填到表中，小車發(fā)生相應位移所用時間和平均速度分別為Δt和v，表中ΔxAD＝""" cm，vAD＝""" cm/s。

位移區(qū)間ABACADAEAF

Δx（cm）6.6014.60ΔxAD34.9047.30

v（cm/s）66.073.0vAD87.394.6

（2）根據(jù)表中數(shù)據(jù)得到小車平均速度v隨時間Δt的變化關系，如圖（c）所示。在圖中補全實驗點。

圖（c）

（3）從實驗結(jié)果可知，小車運動的v-Δt圖線可視為一條直線，此直線用方程v＝kΔt＋b表示，其中k＝""" cm/s2，b＝""" cm/s。（結(jié)果均保留三位有效數(shù)字）

（4）根據(jù)（3）中的直線方程可以判定小車做勻加速直線運動，得到打出A點時小車速度大小vA＝""" ，小車的加速度大小a＝""" 。（結(jié)果用字母k、b表示）

試題評析：本題實質(zhì)上是考查學生對勻變速直線運動的研究、打點計時器的應用以及紙帶的處理方法。從模型考查的角度來看，本題考查

的是

常規(guī)的實驗裝置與實驗模型，利用紙帶記錄小車的運動情況也是教材實驗的基本方法。本題的創(chuàng)新點在于避開使用“逐差法”求加速度的習慣計算思路，轉(zhuǎn)而利用平均速度與時間的關系探究小車的運動規(guī)律，這實際上也是“圖像法”處理數(shù)據(jù)的觀點。題述要求的是求某一段的平均速度，而不是計算某一點的速度大小，因此這里不需要判斷小車是否做勻變速直線運動，也不必計算中間時刻的速度，轉(zhuǎn)而直接通過平均速度與時間的關系來反映小車的運動情況。這考查了學生的實驗探究、數(shù)據(jù)分析、邏輯推理等能力。

對于第（1）問，計算AD的長度，直接從紙帶標出的數(shù)據(jù)即可求得ΔxAD＝xAB＋xBC＋xCD ＝24.00cm。此處容易弄錯的是有效數(shù)字的保留，很多學生可能只寫成“24”。根據(jù)平均速度的定義可知vAD＝ΔxAD3T，代入已知數(shù)據(jù)得vAD＝80.0cm/s。

第（2）問，考查學生的作圖能力，根據(jù)第（1）問，表格中缺少AD段的平均速度，所以結(jié)合第（1）問的結(jié)果把該速度標在v-Δt圖像上即可，補齊后把點連成一條直線如圖所示。

第（3）問，圖線方程為v＝kΔt＋b，所以圖線的斜率k＝ΔvΔt，根據(jù)圖線有k＝101.0－59.00.6cm/s2，所以k＝70.0cm/s2，同時由圖線可得b＝59.0cm/s。

第（4）問，根據(jù)平均速度的定義，v＝xt，根據(jù)勻變速直線運動規(guī)律有x＝v0t＋12at2，則xt＝v0＋12at，因此v＝v0＋12at，結(jié)合圖線斜率和截距有v0＝vA＝b，12a＝k，則a＝2k。

題目溯源：紙帶類實驗是高中物理實驗的重點，通常情況下，此類型實驗主要考查學生對打點計時器的使用與實驗操作的基本要求，同時也考查學生對紙帶問題的處理方法——逐差法與圖像法。在新、舊高考與教材中也有與本題類似的題型，下面結(jié)合本題的溯源情況進行分析，如表2所示。

從上述的試題溯源與分析來看，2023年高考全國甲卷第23題的實驗原理及實驗裝置，以教材實驗為基礎，并結(jié)合新、舊高考試題的考查思路，展現(xiàn)出試題的基礎性與創(chuàng)新性。同時，從實驗數(shù)據(jù)的處理與結(jié)果分析來看，在不同省份的高考命題中也

能

找到類似的題目。因此，2023年高考全國甲卷第23題主要取材自教材與歷年的高考試題，彰顯新、舊高考的結(jié)合，實現(xiàn)教、考有效銜接，所涉及的模型與解題方法較為常規(guī)。

2" 教學啟示與思考

通過分析與溯源情況來看，2023年高考全國甲、乙卷力學實驗題注重教材基礎，堅守教材為命題的主陣地，通過問題的設計與創(chuàng)新設問來考查學生的實驗探究能力以及數(shù)據(jù)處理與分析能力。這有利于促進教材的開發(fā)與利用，并積極引導“教考銜接”。從2023年高考全國甲、乙卷力學實驗題的考查思路與方向來看，其對今后的教學改進與發(fā)展方向具有重要的指導意義。

2.1" 注重教材基礎知識的學習

2023年高考全國甲、乙卷力學實驗題立足于教材基礎知識，突出問題創(chuàng)新，注重對實驗的原理、基本步驟、數(shù)據(jù)處理的考查，加強了“教考銜接”。2023年高考全國乙卷第22題考查了驗證力的平行四邊形定則實驗，這個實驗每個學生都親自動手做過。然而在備考復習時，我們往往更多注重各種模擬試題或難題的研究，忽略對教材基本實驗原理的深入理解，忽視學生能力的發(fā)展是源于教材的。因此在備考復習時，我們應該注重教材基礎知識的學習與理解，學生只有吃透教材內(nèi)容，才能加以運用、遷移和發(fā)展，并能夠在陌生模型中應用。［2］

2.2" 加強教材實驗的創(chuàng)新設問

教材實驗是高考命題的基礎，高考試題源于教材，但高于教材，顧名思義就是高考試題的問題和模型是對教材內(nèi)容的創(chuàng)新與遷移，解決問題的思路與方法源于教材基礎知識，是教材知識的拓展與應用。在高考備考復習教學中，我們應該加強對教材實驗問題的強化訓練與創(chuàng)新設問。例如2023年高考全國乙卷第22題通過一步步的設問，考查學生對“等效替代法”的理解；而2023年高考全國甲卷第23題是在教材模型的基礎上，考查學生利用表格記錄數(shù)據(jù)的優(yōu)勢以及對平均速度定義的理解，并繞過求解加速度的常規(guī)方法（“逐差法”），通過構建平均速度與時間的函數(shù)關系的創(chuàng)新設問，考查學生對物理公式的推導、數(shù)學方法的應用以及各物理量意義的理解。從這兩道題的分析與溯源來看，在物理力學實驗的復習教學時，應該以歷年高考試題為導向，以教材知識為根基，通過強化基礎知識的理解，創(chuàng)設問題，進行拓展學生思維的訓練，從而培養(yǎng)學生的實驗探究能力。［3］

2.3" 強化核心問題的整合教學

高中物理力學實驗主要是以“紙帶”為主的“探究加速度與力、質(zhì)量的關系”“探究做功與動能的變化關系”“驗證機械能守恒定律”

“驗證動量守恒定律”等實驗；其次是以彈簧為主的“探究彈簧彈力與形變量的關系”“探究彈簧彈性勢能與形變量的關系”“驗證機械能守恒定律”等實驗；最后還有涉及

“平拋模型”“氣墊導軌”“光電門”等的力學實驗。因此，力學實驗復習教學應該注重核心問題與關鍵模型，根據(jù)力學實驗特點，進行以核心問題為導向的教學整合，強化學生大概念、大規(guī)律、大類型的物理知識系統(tǒng)。基于力學實驗知識的特點以及測量工具、物理模型，力學實驗的教學整合可以分為三個模塊：一是以“紙帶”為主的力學實驗探究，二是以“彈簧”為主的實驗問題，三是涉及“平拋模型”“氣墊導軌”等的力學實驗。通過這種以某一測量方式或者某一對象為核心問題的教學整合，可以很好地幫助學生建構系統(tǒng)性知識體系，發(fā)展學生實驗探究能力，進而提升學生的物理核心素養(yǎng)。

本文通過對兩道高考試題的分析與溯源，展現(xiàn)高考試題對教學的指導作用，體現(xiàn)高考試題在基礎性、應用性、綜合性、創(chuàng)新性等方面的考查內(nèi)容，突顯“教考銜接”的作用。

在明確高考試題命制方向的基礎上，對高考試題的深度分析可以指導教學的實施與有效開展。

參考文獻

［1］ 教育部考試中心.中國高考評價體系［M］.北京：人民教育出版社，2019：9-32.

［2］ 蔣金團.回歸教材基本方法，注重能力遷移——2022年高考甲卷理綜第25題的評析與方法溯源［J］.物理教師，2022，43（12）：81-82.

［3］ 左祥勝.學生從做實驗題到做真實驗的角色轉(zhuǎn)變——以2021年江蘇省高考物理實驗試題為例［J］.物理教師，2022，43（5）：73-75.