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·名師論壇·

高考力學(xué)實驗題探源及啟示

任才生

(江蘇省宜興市丁蜀高級中學(xué)，江蘇宜興214221)

名師簡介：任才生，江蘇省物理特級教師，江蘇省基礎(chǔ)教育課程改革先進個人，長期擔(dān)任高三物理教學(xué)工作，曾主持省教育科學(xué)規(guī)劃課題《高中課堂主體互動式訓(xùn)練的策略研究》等，在核心期刊上發(fā)表多篇論文.

通覽2015年全國高考14份試卷的力學(xué)實驗題部分，發(fā)現(xiàn)該部分試題依然秉持著“依綱扣本、穩(wěn)中有新、橫向拓展、縱向挖掘、考查能力”的特點，熟悉的實驗題“面孔”能調(diào)節(jié)學(xué)生緊張的應(yīng)考情緒，有利于學(xué)生正確解決問題.縱橫拓展，既體現(xiàn)了對學(xué)生基本實驗素養(yǎng)的考查，又注重了對能力的考查.另一方面，細品這些試題，不難發(fā)現(xiàn)，有一部分力學(xué)實驗題就是來自我們的身邊，它們或是課本圖片的延伸，或是典型習(xí)題的改造，或是基礎(chǔ)實驗的再認識.探究這些實驗題的命題源頭，對我們高中物理實驗教學(xué)和高三實驗復(fù)習(xí)，尤其是充分發(fā)掘和有效運用教學(xué)資源有非?，F(xiàn)實的指導(dǎo)意義.

1源于教材圖片

圖1

(2) 將最長的反應(yīng)時間0.4s代入上式中可得x=80cm；

(3) 由于直尺下落時做自由落體運動，是一個勻加速運動，則等時間內(nèi)位移不等.

探源及啟示：本題源自于人教版必修1的“自由落體”一節(jié)中的“做一做”欄目.試題在原有的“測反應(yīng)時間”的基礎(chǔ)上，糅合了“臨界問題”和“勻變速運動中等時間內(nèi)的位移關(guān)系”等問題，是對原有問題和操作的進一步拓展和延伸.同時該題對中學(xué)的物理教學(xué)也具有較好的引導(dǎo)作用，引導(dǎo)教師和學(xué)生要重視體驗，在體驗中，感受物理其實就在我們身邊，從而喚起學(xué)生對物理學(xué)習(xí)的熱情；在體驗中，形成思維和情感的碰撞[1]，進而感悟知識與方法，通過類比、遷移而逐步形成良性的認知.教材是我們教學(xué)中最主要也是最重要的教學(xué)資源，我們應(yīng)當(dāng)認真研讀，充分發(fā)掘，合理運用及拓展.

2源于課本基礎(chǔ)實驗

例2(2015年高考山東卷)：某同學(xué)通過下述實驗驗證力的平行四邊形定則.實驗步驟：① 將彈簧秤固定在貼有白紙的豎直木板上，使其軸線沿豎直方向.② 如圖2甲所示，將環(huán)形橡皮筋一端掛在彈簧秤的秤鉤上，另一端用圓珠筆尖豎直向下拉，直到彈簧秤示數(shù)為某一設(shè)定值時，將橡皮筋兩端的位置記為O1、O2，記錄彈簧秤的示數(shù)F，測量并記錄O1、O2間的距離(即橡皮筋的長度l).每次將彈簧秤示數(shù)改變0.50N，測出所對應(yīng)的l，部分數(shù)據(jù)如下表所示.③ 找出②中F=2.50N時橡皮筋兩端的位置，重新記為O、O′，橡皮筋的拉力記為FOO′.④ 在秤鉤上涂抹少許潤滑油，將橡皮筋搭在秤鉤上，如圖2乙所示.用兩圓珠筆尖成適當(dāng)角度同時拉橡皮筋的兩端，使秤鉤的下端達到O點，將兩筆尖的位置標記為A、B，橡皮筋OA段的拉力記為FOA，OB段的拉力記為FOB.

圖2

F(N)00.501.001.502.002.50l(cm)l010.9712.0213.0013.9815.05

完成下列作圖和填空：(1) 利用上表中數(shù)據(jù)在給出的坐標紙上(見答題卡)畫出F-l圖線，根據(jù)圖線求得l0=_______cm.(2) 測得OA=6.00cm，OB=7.60cm，則FOA的大小為_______N.(3) 根據(jù)給出的標度，在答題卡上作出FOA和FOB的合力F′的圖示.(4) 通過比較F′與________的大小和方向，即可得出實驗結(jié)論.

解析：(1) 作出F-l圖像(如圖3)，可得圖線的橫截距l(xiāng)0=10.00cm；

圖3

(2) 由所作圖線可得橡皮筋的勁度系數(shù)為k=50N/m，當(dāng)OA=6.00cm和OB=7.60cm時，考慮橡皮筋原長為10.00cm，則橡皮筋實際伸長量為3.6cm，則F=1.8N；

目前，高校在資產(chǎn)管理、財務(wù)管理、人事管理、科研管理、教務(wù)管理以及日常辦公等領(lǐng)域都在逐漸推進校園信息化進程。但是由于高校的直線職能式組織結(jié)構(gòu)，信息能夠迅速自上而下從管理層傳遞到教職員工，而教職工的基層民意卻很難反映到管理層，導(dǎo)致信息溝通存在障礙。加之各部門內(nèi)部的工作管理系統(tǒng)不能完全做到對接或?qū)崟r共享，橫向信息溝通渠道也存在障礙。

(3) 由于兩支圓珠筆同時拉橡皮筋的兩端，且秤鉤上涂抹少許潤滑油，故可認為橡皮筋兩端拉力相等，選擇合適標度作圖(如圖4)；

圖4

(4) 通過比較F′和FO O′的大小和方向，可得出實驗結(jié)論.

探源及啟示：以新穎器材完成學(xué)生熟悉的實驗、以常見裝置或儀器設(shè)置情景，橫向拓展，進一步開發(fā)該裝置的實驗功能，是目前高考卷在實驗題部分的兩大命題趨勢.例2就是前者的代表.本題涉及的“驗證力的平行四邊形定則”是力學(xué)中的一個常規(guī)實驗，在各類模擬卷和教輔資料中較為常見，但這些資料針對本實驗而設(shè)計的試題往往局限于書本實驗的范疇內(nèi)，少有突破.2015年山東高考物理卷的命制專家匠心獨具，在傳統(tǒng)的實驗設(shè)計中，穿插了新思路，利用學(xué)生手中的圓珠筆替代了多個彈簧，器材有了變化，實驗步驟有了變化，但不變的是實驗的原理.實驗原理是實驗的靈魂,也是實驗的“綱”,實驗步驟、數(shù)據(jù)處理和誤差分析既是重要的實驗技能,又蘊含理論問題[2].本題這樣的設(shè)計，既要求考生對原有實驗的原理、步驟、操作等有足夠的理解，又考查了學(xué)生審題能力、提煉歸納要點、類比和遷移等能力.同時，本題在一定程度上也能引導(dǎo)中學(xué)實驗教學(xué)走出“重復(fù)、低效做實驗題”的現(xiàn)狀，轉(zhuǎn)向“重視實驗分析、理解和應(yīng)用能力”等方向發(fā)展.

3源于真實的實驗現(xiàn)場

例3(2015年高考福建卷)：如圖5所示，是某同學(xué)做“探究彈力和彈簧伸長量的關(guān)系”的實驗.

圖5

(1) 圖5甲是不掛鉤碼時彈簧下端指針所指的標尺刻度，其示數(shù)為7.73cm，圖5乙是在彈簧下端懸掛鉤碼后指針所指的標尺刻度，此時彈簧的伸長量Δl為________cm;

(2)本實驗通過在彈簧下端懸掛鉤碼的方法來改變彈簧的彈力，關(guān)于此操作，下列選項中規(guī)范的做法是________；(填選項前的字母)

A. 逐一增掛鉤碼，記下每增加一只鉤碼后指針所指的標尺刻度和對應(yīng)的鉤碼總重.

B. 隨意增減鉤碼，記下增減鉤碼后指針所指的標尺刻度和對應(yīng)的鉤碼總重.

(3) 圖5丙是該同學(xué)描繪的彈簧的伸長量Δl與彈力F的關(guān)系圖線，圖線的AB段明顯偏離直線OA，造成這種現(xiàn)象的主要原因是________.

解析：(1) 根據(jù)甲、乙兩圖可知彈簧伸長量為6.93cm；

(2) 隨意增減鉤碼，會導(dǎo)致數(shù)據(jù)變化大，不利于作圖，同時也可能超出彈簧的彈性形變范圍；

(3) 造成“圖線的AB段明顯偏離直線OA”的主要原因是鉤碼重力太大，已超出彈簧的彈性形變范圍.

探源及啟示：今年各地高考中涉及“探究彈力和彈簧伸長量的關(guān)系”實驗的省份有福建省和四川省.兩題相比較，福建卷上的這道實驗題(即例3)更具有將實驗進行“到底”的味道.本題不僅考查了該類試題中常見的讀數(shù)、規(guī)范操作等問題，還涉及了“彈簧超出彈性形變范圍的情況”，是對本實驗的進一步深度挖掘.該現(xiàn)象在學(xué)生實際實驗操作中常有出現(xiàn)，體現(xiàn)了命題者尊重實驗事實、重視學(xué)生實驗中出現(xiàn)的問題等，更體現(xiàn)了命題者針對目前中學(xué)實驗教學(xué)的現(xiàn)狀所作出的努力，即意圖引導(dǎo)中學(xué)實驗教學(xué)走出“紙上談兵”的現(xiàn)狀，“真正走進實驗室，做真實驗”的目的.類似的，今年浙江卷的力學(xué)實驗題，再次出現(xiàn)了“給出儀器圖片讓學(xué)生選擇”的試題，其目的也是希望引導(dǎo)學(xué)生走入實驗室.上面一例與本題明顯提醒我們：在高中物理教學(xué)中，應(yīng)重視教材設(shè)計的實驗，讓學(xué)生真正走進實驗室，有實驗的真經(jīng)歷、真體驗，積累實驗經(jīng)驗，千萬不要在黑板上、白紙上“寫”實驗.

4源于典型習(xí)題模型

例4(2015高考新課標Ⅰ卷)：如圖6所示，某物理小組的同學(xué)設(shè)計了一個粗測玩具小車通過凹形橋最低點的速度的實驗，所用器材有：玩具小車、壓力式托盤秤、凹形橋模擬器(圓弧部分的半徑為R=0.20m).完成下列填空：(1) 將凹形橋模擬器靜置于托盤秤上，如圖(a)所示，托盤秤的示數(shù)為1.00kg；

圖6

(2) 將玩具小車放置在凹形橋模擬器最低點時，托盤秤示數(shù)如圖(b)所示，該示數(shù)為________kg.

(3) 將小車從凹形橋模擬器某一位置釋放，小車經(jīng)過最低點后滑向另一側(cè)，此過程中托盤秤的最大示數(shù)為m,多次從同一位置釋放小車，記錄各次的m值如下表所示.

序號12345m(kg)1.801.751.851.751.90

(4)根據(jù)以上數(shù)據(jù)，可求出小車經(jīng)過凹形橋最低點時對橋的壓力為是________N,玩具小車通過最低點時的速度大小為________m/s,重力加速度大小取9.80m/s2，計算結(jié)果保留2位有效數(shù)字.

探源及啟示：本題源自于圓周運動中的傳統(tǒng)模型——凹凸橋問題，同時還融合了“儀器讀數(shù)”和“實驗誤差的分析與處理”等實驗過程中的常見問題和處理方法.該試題的命制，意圖引導(dǎo)中學(xué)教學(xué)跳出題海、摒棄偏難怪，回歸“基本模型”和“基本方法”；試題的恰當(dāng)變形，意圖引導(dǎo)中學(xué)教學(xué)更應(yīng)注重學(xué)生能力的培養(yǎng).

參考文獻：

[1] 沈金林.體驗學(xué)習(xí)在認知建構(gòu)中的作用及其實施策略[J].物理教師，2007，(10)：6-8.

[2] 張廣.試論高中物理學(xué)生實驗?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)[J].物理教師，1997，(2)：1-4.