2023年6月浙江高考物理力學(xué)實(shí)驗(yàn)題評(píng)析

摘" "要：針對(duì)網(wǎng)絡(luò)上流傳的6月浙江高考物理第16-Ⅰ題第（2）問(wèn)的錯(cuò)誤解答，深刻分析了錯(cuò)誤原因，給出正確解析，并指出物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)立足真實(shí)情境、發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)的教學(xué)啟示。

關(guān)鍵詞：試題評(píng)析；核心素養(yǎng)；模型建構(gòu)

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A " " 文章編號(hào)：1003-6148（2024）2-0045-2

2023年6月浙江省高考物理第16-Ⅰ題第（2）問(wèn)為力學(xué)實(shí)驗(yàn)題，考查“探究彈簧彈力與伸長(zhǎng)量的關(guān)系”，是在教材實(shí)驗(yàn)裝置基礎(chǔ)上進(jìn)行的適當(dāng)變式，整體難度適中。

1" " 試題呈現(xiàn)

【題目】 16-Ⅰ（2）如圖1所示，某同學(xué)把A，B兩根不同的彈簧串接豎直懸掛，探究A，B彈簧彈力與伸長(zhǎng)量的關(guān)系。在B彈簧下端依次掛上質(zhì)量為m的鉤碼，靜止時(shí)指針?biāo)缚潭葂A，xB數(shù)據(jù)如表1所示。

鉤碼個(gè)數(shù)為1時(shí)，彈簧A的伸長(zhǎng)量ΔxA=" " "" " "cm，彈簧B的伸長(zhǎng)量ΔxB=" " " " "cm，兩根彈簧彈性勢(shì)能的增加量ΔEp" " " " " " mg（ΔxA+ΔxB）（選填“=”“l(fā)t;”或“gt;”）。

2" " 網(wǎng)傳解析的錯(cuò)因及正確解析

對(duì)于最后一空ΔEp與mg（ΔxA+ΔxB）的大小關(guān)系分析，網(wǎng)上流傳的參考答案為“gt;”。相應(yīng)給出的理由是“彈性勢(shì)能增加量等于彈簧重力勢(shì)能減少量與鉤碼重力勢(shì)能減少量之和”，也即需要考慮彈簧質(zhì)量帶來(lái)的影響。

2.1" " 錯(cuò)因分析

沒(méi)有深入思考“系統(tǒng)經(jīng)歷怎樣的過(guò)程才最終靜止”是產(chǎn)生錯(cuò)誤的核心原因。

如果不考慮外力干預(yù)的影響，系統(tǒng)會(huì)做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，不可能保持靜止?fàn)顟B(tài)。因此，題目隱含的真實(shí)情境為：通過(guò)外力干預(yù)讓系統(tǒng)靜止下來(lái)。學(xué)生在實(shí)際實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程中，一般也是這樣做的。

情況1" 用手托住鉤碼緩慢下降，待系統(tǒng)最終靜止。由于外力對(duì)系統(tǒng)做負(fù)功，由能量守恒易得

ΔEplt;mg（ΔxA+ΔxB）

情況2" 掛上鉤碼后系統(tǒng)做阻尼振動(dòng)，振動(dòng)能量不斷損失，最終靜止。此時(shí)，摩擦產(chǎn)生內(nèi)能以及振動(dòng)能量在介質(zhì)中的傳播，是系統(tǒng)機(jī)械能損失的主要原因，由能量守恒也能得出

ΔEplt;mg（ΔxA+ΔxB）

即使將彈簧質(zhì)量考慮進(jìn)來(lái)，得出的結(jié)論仍為

ΔEplt;mg（ΔxA+ΔxB）

2.2" " 正確解析

以懸掛一根勁度系數(shù)為k的彈簧為例展開(kāi)討論。設(shè)彈簧原長(zhǎng)為x0，質(zhì)量為Δm，將其豎直懸掛且下方未掛物體時(shí)長(zhǎng)度為x1，掛上質(zhì)量為m的鉤碼且系統(tǒng)靜止時(shí)彈簧長(zhǎng)度為x2。

未掛鉤碼時(shí)

k（x1-x0）=Δm·g（1）

掛上鉤碼后

k（x2-x0）=（Δm+m）·g（2）

鉤碼重力勢(shì)能減少量

ΔEp（G）=mg（x2-x1）（3）

將（1）（2）式代入（3）式整理后可得

ΔEp（G）=（4）

當(dāng)系統(tǒng)靜止時(shí)，彈簧彈性勢(shì)能增加量

ΔEp（k）=k[（x2-x0）2-（x1-x0）2]（5）

將（1）（2）式代入（5）式整理后可得

ΔEp（k）=（Δm+）（6）

由（4）（6）式得

=（7）

考慮到實(shí)驗(yàn)室中常用彈簧質(zhì)量Δm一般遠(yuǎn)小于鉤碼質(zhì)量m，所以（7）式的計(jì)算結(jié)果要小于1，即彈簧彈性勢(shì)能的增加量小于鉤碼重力勢(shì)能的減少量。

再拓展到試題中A和B兩根彈簧串接起來(lái)的情境，同理可證：彈簧彈性勢(shì)能的增加量小于鉤碼重力勢(shì)能的減少量。

3" " 教學(xué)啟示

物理是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科。《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》明確指出：實(shí)驗(yàn)是物理學(xué)習(xí)的重要環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的重要途徑和方式［1］。

3.1" " 實(shí)驗(yàn)教學(xué)要注重學(xué)生實(shí)踐操作

這道試題是在教材實(shí)驗(yàn)“探究彈簧彈力與形變量的關(guān)系”基礎(chǔ)上的簡(jiǎn)單變式。學(xué)生在實(shí)際操作過(guò)程中一定經(jīng)歷過(guò)“如何讓系統(tǒng)快速靜止”的困惑，教學(xué)過(guò)程中教師應(yīng)及時(shí)引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)、分析、解決困惑，讓學(xué)生親手實(shí)踐操作必做學(xué)生實(shí)驗(yàn)以及有關(guān)演示實(shí)驗(yàn)、拓展實(shí)驗(yàn)。

3.2" " 實(shí)驗(yàn)教學(xué)要發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)

讓學(xué)生親自動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)很重要，引導(dǎo)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中思考為何做、如何做、怎么分析更重要。教師應(yīng)盡量創(chuàng)造實(shí)驗(yàn)條件，科學(xué)引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、開(kāi)展實(shí)驗(yàn)，努力促進(jìn)學(xué)生科學(xué)探究能力、科學(xué)態(tài)度、科學(xué)責(zé)任等物理核心素養(yǎng)的發(fā)展。

3.3" " 物理模型建構(gòu)要立足真實(shí)情境

立足此題真實(shí)情境仔細(xì)思考發(fā)現(xiàn)：嚴(yán)格考慮彈簧質(zhì)量的影響，會(huì)使系統(tǒng)彈性勢(shì)能、重力勢(shì)能、動(dòng)能的定量計(jì)算非常復(fù)雜，所以要引入“彈簧質(zhì)量與小球相比可以忽略”這一理想化條件。但彈簧振子模型是否成立的最關(guān)鍵因素在于——阻力能否忽略。也即，真實(shí)情境中，摩擦產(chǎn)生熱量以及振動(dòng)能量在介質(zhì)中的傳播是導(dǎo)致系統(tǒng)振動(dòng)能量不斷減少的最主要原因，是影響彈簧振子模型是否合理的關(guān)鍵所在，而彈簧質(zhì)量帶來(lái)的影響并不是核心因素。

總之，物理教學(xué)應(yīng)立足真實(shí)情境、真實(shí)問(wèn)題，讓學(xué)生在深度思考中提高思維品質(zhì)、發(fā)展核心素養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)：

［1］中華人民共和國(guó)教育部.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）［S］.北京：人民教育出版社，2020：6.

（欄目編輯" " 陳" 潔）

收稿日期：2023-07-12

作者簡(jiǎn)介：楊威（1991-），男，中學(xué)一級(jí)教師，主要從事高中物理教學(xué)工作。