对2015年高考力学实验题的商榷

魏喜武

(宣城中学，安徽 宣城 242000)



对2015年高考力学实验题的商榷

魏喜武

(宣城中学，安徽 宣城 242000)

摘要：对2015年全国高考试题力学实验题中关于利用指针式托盘秤测量小车经过凹糟最低点的压力一题的题解提出质疑，试题的答案为读出托盘秤的最大示数即为答案，但由于指针有转动速度，指针的最大示数必大于小车的最大压力，要测出小车的最大压力需借助摄像机的回放功能来观察该值.

关键词：压力；托盘秤；电子秤；速度

题目(2015年新课标全国Ⅰ卷第22题)：某物理小组的同学设计了一个粗测玩具小车通过凹形桥最低点的速度的实验. 所用器材有：玩具小车、压力托盘秤、凹形桥模拟器(圆弧部分的半径为R=0.20 m).

完成下列填空：

1)将凹形桥模拟器静置于托盘秤上，如图1(a)所示，托盘秤的示数为1.00 kg.

2)将玩具小车静置于凹形桥模拟器最低点时，托盘秤的示数如图1(b)所示，该示数为__________kg.

(a)凹形桥模拟器静置于托盘秤上

(b)托盘秤示数放大图图1　托盘秤示意图

3)将小车从凹形桥模拟器某一位置释放，小车经过最低点后滑向另一侧，此过程中托盘秤的最大示数为m；多次从同一位置释放小车，记录各次的m值如表1所示.

表1　实验数据

4) 根据表1，可求出小车经过凹形桥最低点时对桥的压力为__________N；小车通过最低点时的速度大小为__________m/s. (重力加速度大小取9.80 m/s2，计算结果保留2位有效数字)

这是一道实验题，根据实验测得的数据以及填空的要求，解答如下：2)根据秤盘刻度可知，托盘秤的量程为10 kg，指针所指示数为1.40 kg. 4)实验共进行了5次，每次托盘秤的示数并不相同，为减少误差，可求平均值m=1.81 kg. 由模拟器的重力G=m′g=9.8 N可知，小车经过凹形桥最低点的压力为

F压=mg-m′g≈7.94 N ,

再根据小车受到径向合力提供向心力，有公式

把有关数据代入上式，可解得

v=1.4 m/s.

既然是实验题就不仅要求演算过程正确，还要看实验设计是否合理，仪器选择是否恰当，数据采集是否有误，实验步骤是否正确等诸多因素. 在实验的诸多因素中，有一个因素出现问题，演算就会误入歧途. 在历年的全国与各省的高考题中，往往都很重视电学实验仪器的选择，而很少光顾力学实验的仪器选择. 其实在力学实验中，也要选择仪器. 例如在用天平与量筒测量水的密度时，由于量筒测体积误差较大，就没有必要选择精确度较高的物理天平，用托盘天平就足以满足实验的要求. 这样既降低了实验难度，又满足了实验要求. 以此为据，笔者认为2015年新课标全国Ⅰ卷第22题选用指针托盘秤读出托盘秤的最大压力来测量小车经过凹槽最低点的压力，这在仪器的选择上是不合理的，采集的数据也有误.

因为当小车经过凹槽最低点时的压力最大，与其对应的托盘秤指针不仅有读数，同时也有转动的速度. 这一转动的速度由于惯性并不能立即停止，必将转过一定角度后才能停止，也就是说托盘秤指针指的最大读数大于小车经过凹槽最低点时的最大压力.

为了验证上面的判断，笔者又做了一个实验，

手拿0.4 kg的重物，当重物与托盘接触后，缓慢放入指针托盘秤的托盘中，让托盘秤受到的压力慢慢增加. 当重物完全脱离手时，指针越过了0.4 kg的刻度，然后又回到0.4 kg刻度处停止. 多次实验表明，当向托盘秤的托盘中释放重物越快，指针转过的角度就越大，最大可达到0.6 kg处后再回到0.4 kg处.

实验验证了判断. 那么能不能找到恰好能测量出小车经过凹槽最低点压力大小的工具呢？为此，将指针式托盘秤换用为电子秤重做上面的实验. 实验现象表明，随着重物对电子秤托盘压力的增大，电子秤的读数也在增大，其最大读数与重物质量相等，没有出现超过重物质量的读数. 这一现象也说明，小车经过凹槽各点的压力与电子秤读出的压力一一对应. 当试图用电子秤取代指针托盘秤做实验题的实验时，问题又出现了. 电子秤的最小量程为1 g，在小车滑过凹糟的几秒内跳过了几百个数据，根本无法读出小车经过凹糟最低点的压力大小. 为解决这一问题，采用了“放大”时间的方法，把整个实验过程拍摄下来，再用慢镜头播放出来，这样就可以读出小车经过最低点时压力的大小. 其实，再加上“放大”时间的步骤，也可以按实验题中的仪器与实验过程进行实验，只不过在看慢镜头时，不是要读出指针的最大读数，而是要读出小车经过凹槽最低点时指针所指的读数.

[责任编辑：尹冬梅]

Discussion on the mechanic experiment test in 2015 national college entrance examination

WEI Xi-wu

(Xuancheng Middle School, Xuancheng 242000, China)

Abstract:The solution of the mechanic experiment test in the 2015 national college entrance examination was queried. The answer stated that when the trolley passing the bottom of the groove, the maximum display of the pointer-type pallet scale was the maximum pressure. But because of the rotational speed of the pointer, the maximum display must be bigger than the maximum pressure of the trolley. In order to measure the maximum pressure correctly, the playback function of video camera should be adopted to observe the real value.

Key words:pressure; pallet scales; electric scales; speed

中图分类号：G633.7

文献标识码：A

文章编号：1005-4642(2016)05-0045-02

作者简介：魏喜武(1960-)，男，安徽宣城人，宣城中学高级教师，从事中学物理教学工作.

收稿日期：2016-02-18