2019年高考全国卷物理实验特点评析与备考启示

许 文

华中科技大学附属中学 (430074)

2019年高考全国卷物理实验注重实验基本技能，彰显核心素养考查。和往年高考相比，不仅在必考内容中考查力学与电学基本实验及拓展，而且在选考模块中也考查实验的基本技能与实验的应用能力。通过实验突出了对学生物理核心素养的考查，为今后的物理高考实验提供了一定的指导作用。本文解析2019年高考物理实验试题特点，探讨2020年高考物理实验备考策略。

1 试题概述

全国卷高考物理实验部分试题见表1。

表1 全国卷高考物理实验试题

从表1中我们可以看出，全国卷高考物理实验题型多样，内容广阔，考法灵活，主要考查实验的基本技能、知识的应用与拓展能力及学生的物理实验素养。

2 试题特点

2.1 注重基本仪器的使用与读数

2019年全国卷I的第22题、卷Ⅲ的第22题考查了刻度尺的使用与读数；卷I第23题与卷Ⅲ的第23题分别考查了电表与电阻箱的读数；卷Ⅰ第22题、卷Ⅱ第22题考查了打点计时器的使用及纸带的测量与计算；卷Ⅱ第23题与卷Ⅲ的第23题均考查了滑动变阻器的使用。

考查基本仪器的使用和操作方法类考题要注意仪器的构造原理、操作技能，读数规则，尤其要注意有效数字。这类题型主要以填空为主，题目已由单纯考查仪器的使用变得更加综合。物理考试说明中要求考生熟练掌握的仪器有刻度尺、游标卡尺、螺旋测微器、天平、秒表、电火花计时器或电磁打点计时器、弹簧秤、温度计、电流表、电压表、多用电表、滑动变阻器、电阻箱等。此外，在备考复习中既要熟练掌握基本的传统实验器材的使用，还要了解DIS等实验器材的使用。

2.2 注重实验原理的理解与分析

理解实验原理是进行实验设计、方案评估、控制条件、测量分析的前提，也是用实验手段进行分析和解决问题的关键。

例1：(2019全国卷Ⅱ第33题)某同学利用图1所示装置测量某种单色光的波长。实验时，接通电源使光源正常发光：调整光路，使得从目镜中可以观察到干涉条纹。回答下列问题：

图1

(1)若想增加从目镜中观察到的条纹个数，该同学可________。

A．将单缝向双缝靠近

B．将屏向靠近双缝的方向移动

C．将屏向远离双缝的方向移动

D．使用间距更小的双缝

(2)若双缝的间距为d，屏与双缝间的距离为l，测得第1条暗条纹到第n条暗条纹之间的距离为Δx，则单色光的波长λ =________。

(3)某次测量时，选用的双缝间距为0.300 mm，测得屏与双缝间的距离为1.20 m，第1条暗条纹到第4条暗条纹之间的距离为7.56 mm。则所测单色光的波长为________nm(结果保留3位有效数字)。

≈6.30×10-7m=630 nm

2.3 注重基本实验的变化与创新

教材中与打点计时器相关的实验如研究匀速直线运动、探究加速度与力、质量间的关系、探究做功与动能变化的关系、验证机械能守恒定律等是一些基本的实验，对这些基本实验进行创新与变化，可以拓展为测动摩擦因数、测重力加速度等。

例2：(2019全国卷Ⅱ第22题)如图2所示，某同学设计了测量铁块与木板间动摩擦因数的实验。所用器材有：铁架台、长木板、铁块、米尺、电磁打点计时器、频率50 Hz的交流电源、纸带等。回答下列问题：

图2 例2图示

(1)铁块与木板间动摩擦因数μ=________(用木板与水平面的夹角θ、重力加速度g和铁块下滑的加速度a表示)。

(2)某次实验时，调整木板与水平面的夹角θ=30°。接通电源。开启打点计时器，释放铁块，铁块从静止开始沿木板滑下。多次重复后选择点迹清晰的一条纸带如图3所示，图中的点为计数点(每两个相邻的计数点间还有4个点未画出)。重力加速度g=9.8 m/s2。可以计算出铁块与木板间的动摩擦因数为__________(结果保留2位小数)。

图3 纸带

解析：(1)设铁块的质量为m，由牛顿第二定律有：mgsinθ-μmgcosθ=ma

其中，t=5T=0.1 s

x2=(76.39-31.83)×10-2m

x1=(31.83-5 .00)×10-2m

可得：a= 1.97 m/s2

解得：μ=0.35

评析：本题是教材中的用打点计时器研究匀变速直线运动这一基本实验的变化与创新，根据纸带计算加速度采用逐差法。本实验的变化与创新之处在于根据纸带测出滑块做匀变速运动的加速度，再利用牛顿运动定律求动摩擦因数。改变了实验目的，但用纸带与打点计时器研究匀变速直线运动的方法是不变的，这是实验的关键。教材中的基本实验是创新之本，在备考复习中不应舍本求末，如果丢开教材中的一些基本实验而一味地追求一些创新实验，就会感到如空中楼阁，虚无缥缈。

2.4 注重物理思想方法的迁移与应用

将教材中的实验原理和方法进行迁移，去设计实验，测量并解决其他的物理问题，能很好的考查考生思维的灵活性、发散性与应用性，这是高考实验题命题的一种思路与方法。

例3：(2019全国卷I第23题)某同学要将一量程为250 μA的微安表改装为量程为20 mA的电流表。该同学测得微安表内阻为1 200 Ω，经计算后将一阻值为R的电阻与微安表连接，进行改装。然后利用一标准毫安表，根据图4所示电路对改装后的电表进行检测(虚线框内是改装后的电表)。

图4 例3图示

(1)根据图4和题给条件，将图5中的实物进行连接。

图5 实物示意图

(2)当标准毫安表的示数为16.0 mA时，微安表的指针位置如图6所示，由此可以推测出改装的电表量程不是预期值，而是________。(填正确答案标号)

图6 微安表示意图

A．18 mA B．21 mA

C．25 mA D．28 mA

(3)产生上述问题的原因可能是________。(填正确答案标号)

A．微安表内阻测量错误，实际内阻大于1200 Ω

B．微安表内阻测量错误，实际内阻小于1200 Ω

C．R值计算错误，接入的电阻偏小

D．R值计算错误，接入的电阻偏大

(4)要达到预期目的，无论测得的内阻值是否正确，都不必重新测量，只需要将阻值为R的电阻换为一个阻值为kR的电阻即可，其中k=______。

解析：(1)如图7所示。

图7 实物连接图

评析：本实验考查电表的改装、校对及误差分析，同时还考查了电表的读数与电路的实物连接，这是用等效法测电阻实验方法的迁移与欧姆定律、电路串、并联规律的应用。实验中发现改装表量程的实际值与预期值有偏差，用已学过的知识进行误差分析，体现了知识的应用能力。

2.5 注重实验问题的引伸与探究

对问题的引伸与探究，能扩大和巩固研究成果，使问题的研究向更深入发展，能很好地体现出新课程课堂探究式的学习要求。

例4：(2019全国卷Ⅱ第23题)某小组利用图8所示的电路，研究硅二极管在恒定电流条件下的正向电压U与温度t的关系，图中V1和V2为理想电压表；R为滑动变阻器，R0为定值电阻(阻值100 Ω)；S为开关，E为电源。实验中二极管置于控温炉内，控温炉内的温度t由温度计(图中未画出)测出。图9是该小组在恒定电流为50.0 μA时得到的某硅二极管U-t关系曲线。回答下列问题：

图8 例4图示

图9 U-t图像

(1)实验中，为保证流过二极管的电流为50.0 μA，应调节滑动变阻器R，使电压表V1的示数为U1=______mV；根据图9可知，当控温炉内的温度t升高时，硅二极管正向电阻______(填“变大”或“变小”)，电压表V1示数________(填“增大”或“减小”)，此时应将R的滑片向________(填“A”或“B”)端移动，以使V1示数仍为U1。

答案：(1)5，变小，增大，B；(2)2.8。

评析：本题考查在恒定电流条件下研究硅二极管的正向电压与温度的关系，将并实验结论引伸探究，将硅二极管可以作为测温传感器，并对测温传感器的灵敏度进行了分析与计算。通过发散思维、质疑问题，有利于提高学生的科学思维能力与科学探究能力。

注重实验数据的分析与处理，能用适当的方法分析与处理实验数据，不仅是一种基本实验技能，也是灵活利用数学工具处理物理问题的一个重要表现方面，在2019全国卷中的每道实验题中都有考查。

3 备考启示

3.1 立足教材中的基本实验

重视课本中的实验，熟练掌握实验原理、实验仪器的使用及实验思想与方法，重视基本仪器的使用方法和读数规则等实验技能，加强对实验数据的分析与处理能力的训练，主要表现在以下3个方面：分析推理、数据分析与处理方法、误差分析。

3.2 实验中体现研究性学习

在实验备考复习中根据教材内容和学生实验中的方法，选好课题，在实验中进行研究性学习，写出实验研究方案，实验器材的选取，实验研究过程，数据统计与分析，对实验方案的优点与不足之处的评估、实验误差分析等，培养创新精神和实验能力。

3.3 重视实验的设计与创新

重视对实验的思想方法及原理的深刻理解和熟练掌握，重视设计性实验方法的培养，注重用学过的物理知识、物理规律作为理论依据，进行实验设计与创新。创新实验表现在：①对基本实验的实验原理与测量器材、测量手段的改进；②将基本实验进行组合，实现一个装置多用；③用已有的知识与方法设计实验解决新的问题。

3.4 加强实验综合度与信息量

加强实验综合训练，即重视实验练习、重视新情境的实验训练、加强实验信息的收集与处理，强调基本实验技能的动手落实．在动手中关注实验细节、拓展实验能力。

总之，高考物理实验备考复习要在熟练掌握基本器材使用、实验原理、实验步骤、数据处理以及误差分析的同时，应着力领悟实验的设计思想、所运用的科学方法、规范的操作程序，并从实际出发做合理的变通和创新改进，通过改变实验目的和要求、实验控制的条件、实验仪器等方法，以培养学生运用实验的思想方法和设计创新实验的能力。