江苏物理高考实验试题研究及教学建议

钱嘉伟

(江苏省南京市中华中学，江苏　南京　210019)

江苏物理高考实验试题研究及教学建议

钱嘉伟

(江苏省南京市中华中学，江苏南京210019)

摘要：江苏物理高考实验试题正逐渐从知识立意向能力立意转型.针对试题的命题特点，实验教学可从基本仪器的使用、实验操作规范的养成、开放性问题的训练、作图能力以及数据分析处理能力、创新实验设计能力的培养等方面做一些努力.

关键词：江苏高考；物理实验试题；实验教学

多年来，江苏高考卷的实验题题量(2题，一“力”、一“电”)与分值(18分)一直保持稳定，占全卷的15%，其目的在于有足够的空间满足对实验技能的考查，引导师生重视物理实验教学，彰显学科特点，与课标理念相呼应.下表为新高考方案实施后，历年实验试题汇总.

年份题号(分值)范围实验内容考查要点200810(8分)电学质量一定的导线电阻与截面积的关系基本仪器读数、实验原理、数据分析11(10分)力学验证机械能守恒定律新情景实验、实验原理、作图、误差分析200910(8分)电学研究圆台状合金棒的电阻新情景实验、实验原理、基本仪器读数、电路分析和连线11(10分)力学探究加速度与物体质量、物体受力的关系纸带处理、作图、误差分析201010(8分)电学测量电源的电动势和内阻实验操作规范、数据选取、解读线性图像信息11(10分)力学探究受空气阻力时,物体运动速度随时间的变化规律实验操作规范、作图、实验原理、解读图像所含信息201110(8分)力学验证“力的平行四边形定则”基本仪器读数、实验操作规范、课本分组实验的变通方案11(10分)电学测量电阻的阻值(替代法)作图、实验原理(替代法)、实验机智、误差分析201210(8分)电学使用多用电表探测黑箱基本仪器读数、实验操作规范、电路连接方式11(10分)力学测定木块与桌面之间的动摩擦因数实验原理、作图、解读线性图像信息、误差分析201310(8分)电学探究小灯泡的电功率实验操作规范、电阻的选择、控制电路的选择和接线、作图11(10分)力学利用自由落体运动测定重力加速度新情景实验、实验原理、误差分析和处理201410(8分)电学测合金的电阻率基本仪器读数和使用、电路故障分析、实验建议11(10分)力学验证“力的平行四边形定则”新情景实验、作图、实验建议201510(8分)电学测量电源的电动势和内阻电表读数、作图并得出数据、误差分析11(10分)力学探究小磁铁下落速度变化实验操作规范、纸带处理、信息的获取与分析

自2008年物理只作为等级科目计入高考以来，由于学科地位的边缘化，导致物理教学课时的明显不足，因此不少教师的教学过程能简则简.他们更多地关注知识的应用和习题的训练，而淡化了知识的本源及生成过程.实验教学能“看(看实验视频)”就不“做”、能“讲(教师讲实验步骤、现象、注意事项)”就不“做”的现象更是不同程度地普遍存在.功利化的实验教学教出来的学生往往底子不厚，积累不足，应变不灵.实践证明：在高考实验试题逐渐从知识立意向能力立意转型的今天，这些学生难以适应高考要求.我们看到在历年的高考甚至大大小小、各种级别的模考中，实验作答都是“重灾区”.结合近年江苏实验试题的命题特点，个人认为物理实验教学可从以下方面做一些改进与尝试.

1重视基本仪器和实验操作规范的教学

基本仪器的使用和实验操作规范是高考的热点，年年试题都有涉及.《考试说明》中要求的“会使用实验仪器”包含了解基本仪器的构造、工作原理、熟悉基本仪器主要部分的名称、掌握其操作方法并能对测量结果进行正确的读数等.2012年江苏高考考查多用电表的机械调零旋钮，2014年考查螺旋测微器的紧固螺钉，鲜明地体现出注重细节，努力尝试在纸质化条件下区别“做”实验和“讲”实验的命题意图.

中学阶段的实验操作规范主要包括：使用打点计时器时应先接通电源，后释放纸带；电学实验中接通电路时，滑动变阻器(限流接法)或电阻箱的阻值要调至最大；滑动变阻器在采用分压接法的情况下接通电路时，要使滑动触片移至输出电压为“0”的一端；拆除电路时先断开电源等.如果缺少亲身实践，学生难以形成正确的实验意识和良好的实验习惯，做这方面的实验题时，会出现“想不到”或“没把握”的状况.

上述问题的解决之道中最重要的一点就是要开足实验，为学生提供实践的机会.

例1：欲用游标卡尺测一小球的直径，甲、乙两位同学分别按如图方式夹住小球，其中操作正确的是(填“甲”或“乙”)，读数前还需旋紧紧固螺钉(填“A”或“B”).

图1

解析：本题主要考查对游标卡尺结构部件的认识及操作细节.游标卡尺的一对外侧脚夹紧时，其靠尺身的一端是有间隙的，故被测小球应放置在靠近外侧脚的刀刃处(如图乙)或刀刃间，乙同学的操作正确.紧固螺钉为A，部件B只是为方便用拇指移动游标尺而设计的，B本身只是游标尺上一个固定的半圆形凸起，不能旋转.

游标卡尺、螺旋测微器、多用电表的读数和使用方法的教学效率一直比较低下.老师反复复习，学生很快遗忘.不过这倒不能责怪学生，他们平时很少有机会接触到这些仪器，自然生疏.俗话说“熟能生巧”，建议在教室里常年放置一些基本测量工具，学生在课余饭后“玩一玩”，如量量纸张的厚度、笔芯的直径，测测人体在干湿不同情况下的阻值等等，让学生在“玩”的过程中熟悉工具，记住规律.例1可能会考倒一片学生，但是学生在将游标卡尺“玩”得非常熟练后，正确率无疑会大大提高.

2重视学生作图能力、数据分析处理能力的培养

对实验数据进行正确地分析与处理，从而得出正确的实验结果或结论，是一种重要的实验技能.8年来江苏高考几乎每年都有一道此类实验试题.

作图法处理数据由于具有直观、容易发现异常数据，从而减小误差的优点而较为常用.平时教学中，教师需要就作图可能出现的常见问题进行有针对性地指导与训练，如：坐标轴不打箭头，不写所代表的物理量或不写物理量的单位；坐标轴无标度或标度不合理导致图像偏在坐标纸的某一局域；非线性曲线连线不光滑或线性图像画成折线等(如图2).

人眼能够轻易地分辨出直线与曲线的不同，但要看出两条相近的曲线的函数关系相差多少则非常困难.可能基于这一原因，中学物理比较强调线性图像的应用和考查.线性图像的斜率和截距都有特定的物理含义，是解题的关键所在.教师要引导学生从实验原理出发，根据图像指定的因变量和自变量进行公式变形，写出线性方程的标准形式，结合图像的斜率和截距推导得出未知量.

例2：某同学通过查找资料自己动手制作了一个电池.该同学想测量一下这个电池的电动势E和内电阻r，但是从实验室只借到一个开关、一个电阻箱(最大阻值为999.9Ω，可当标准电阻用)、一只电流表(量程Ig=0.6A，内阻rg=0.1Ω)和若干导线.他接通开关，逐次改变电阻箱的阻值R，读出与R对应的电流表的示数I，并作记录.处理实验数据时，首先计算出每个电流值I的倒数1/I，再制作R-1/I坐标图(如图3).

(1) 请在坐标纸上根据已描绘出的坐标点连成图线；

(2) 根据描绘所得的图线可以求出这个电池的电动势E=________V，内电阻r=________Ω.

图4

需要提醒的是，在科学探究的过程中，可能会因某些因素的存在，使得本该为线性的图像曲线化，因此我们要防止片面突出线性图像，以免对学生产生误导，例见江苏2013年高考第10题.

3重视创新实验设计能力的培养和开放性问题的训练

在高考物理试题中，学生熟悉的教材上的经典实验通常不会原样重现，多数情况下会在新情景中有所变化，做到源于教材，却高于教材.设计性实验的出现，将实验考查推向了极致，要求学生借鉴日常通过分组实验、演示实验所积累的实验技能，根据实验目的，在理解实验原理的基础上，灵活运用知识，创造性地解决问题.设计性实验一般通过实验的操作、数据的处理、误差的分析等设问展开，重点考查学生的思维习惯、科学品质和综合能力.例如2013年的“滴水法”测重力加速度，2014年的验证“平行四边形定则”，构思巧妙，能力立意很高，充分体现了高考的选拔功能.

学生的创新设计能力不可能一蹴而就，需要教师平时依据基本实验进行拓展性教学，潜移默化地影响学生.例如，研究牛顿第二定律的实验装置，我们可以引导学生充分挖掘装置的功能，考虑是否能够验证机械能守恒定律？是否可以测定滑块和轨道间的动摩擦因数？再如，验证机械能守恒定律的实验，从器材的角度可从落体法拓展到气垫导轨法；从研究对象的角度，可从单体法迁移到系统法.

例3：某同学设计了如图5所示实验，验证物块A、B组成的系统机械能守恒.物块B装有一宽度很窄的挡光片，测得挡光片宽度为d，A和B(含挡光片)的质量分别为m1和m2.系统由静止释放，当挡光片通过光电门(固定光电门的装置未画出)时，可通过计算机系统记录挡光时间Δt.改变挡光片到光电门的距离h，重复实验，采集多组数据(A未碰到滑轮).

(1) 若某次记录的挡光时间为Δt1，则挡光片到达光电门处时，B的速度大小为…………；

(3) 在实际运动过程中，系统动能的增加量ΔEk小于系统势能的减少量ΔEp，指出产生这个系统误差除空气阻力外的两个可能原因：

；

.

(3) 本问中滑轮不光滑、滑轮质量不可忽略(即滑轮也获得动能)都可能产生误差.

旨在鉴别考生优化和反思能力的开放性问题已成为近年实验考试常态.2015年的两道实验题分别考查电源电动势、内阻测量误差增大的原因和电磁阻尼原理分析；2013年的电学实验题要求提出减小误差的方案，并讨论能否消除电磁铁磁性延迟消失对实验结果的误差影响……实践证明，这种带有逆向思维味道的考法确实触到了学生的软肋，在平时的教学中有意识地进行诸如例3第(3)问的训练十分必要.

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