丁 駿

(江蘇省口岸中學(xué) 江蘇 泰州 225321)(收稿日期：2016-06-20)

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對(duì)2016年高考江蘇卷力學(xué)實(shí)驗(yàn)題的評(píng)析

丁 駿

(江蘇省口岸中學(xué) 江蘇 泰州 225321)(收稿日期：2016-06-20)

2016年江蘇高考卷力學(xué)實(shí)驗(yàn)題的命題方式體現(xiàn)了創(chuàng)新理念，從試題設(shè)置和提問中得到兩點(diǎn)啟示．結(jié)合高中物理實(shí)驗(yàn)室裝備的儀器，對(duì)題中所給數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析，發(fā)現(xiàn)在部分?jǐn)?shù)據(jù)設(shè)置、實(shí)驗(yàn)的可操作性、精確性、系統(tǒng)誤差上存在一些疑惑和不足．

力學(xué) 實(shí)驗(yàn)題 啟示 疑惑 不足

2016年高考江蘇物理試卷實(shí)驗(yàn)題延續(xù)了“一電一力”的格局，較全面地覆蓋了基本實(shí)驗(yàn)技能的各個(gè)方面．突出考查了學(xué)生的動(dòng)手操作能力．筆者在分析和解答力學(xué)實(shí)驗(yàn)題時(shí)既有驚喜又有疑惑，具體分析如下.

圖1 驗(yàn)證機(jī)械能守恒的實(shí)驗(yàn)裝置

(1)ΔEp=mgh計(jì)算鋼球重力勢(shì)能變化的大小，式中鋼球下落高度h應(yīng)測(cè)量釋放時(shí)的鋼球球心到之間的豎直距離( )

A．鋼球在A點(diǎn)時(shí)的頂端

B．鋼球在A點(diǎn)時(shí)的球心

C．鋼球在A點(diǎn)時(shí)的底端

圖2

(3)表1為該同學(xué)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

他發(fā)現(xiàn)表中的ΔEp與ΔEk之間存在差異，認(rèn)為這是由于空氣阻力造成的．你是否同意他的觀點(diǎn)？請(qǐng)說明理由．

(4)請(qǐng)你提出一條減小上述差異的改進(jìn)建議．

江蘇省教育考試院發(fā)布的參考答案：(1)B；(2)1.50；1.50；(3)不同意，因?yàn)榭諝庾枇?huì)造成ΔEk小于ΔEp，但表中ΔEk大于ΔEp；(4)分別測(cè)出光電門和球心到懸點(diǎn)的長(zhǎng)度為L(zhǎng)和l，計(jì)算ΔEk時(shí)，將v折算成鋼球的速度．

1 兩點(diǎn)啟示

(1)重視知識(shí)的全覆蓋

今年考了刻度尺讀數(shù)，這是初中就要求會(huì)讀、會(huì)使用的測(cè)量工具，查閱了2004—2015年的江蘇卷得知，這是江蘇新課程改革以來首次考查刻度尺的讀數(shù)，雖然高考考試說明中對(duì)刻度尺的讀數(shù)有要求，由于刻度尺的讀數(shù)是中考考查的內(nèi)容，造成大部分教師的忽視，甚至出現(xiàn)部分教師認(rèn)為一定不會(huì)考查，這次出現(xiàn)在江蘇高考試卷，就是在提醒江蘇所有教師和學(xué)生，只要是課標(biāo)上要求的內(nèi)容，必須講到位，不能出現(xiàn)隨意不講或講不到位的現(xiàn)象．也提醒我們教師不要以為多年不考的內(nèi)容就一定不會(huì)考，只要考試說明上要求的內(nèi)容，無論多么簡(jiǎn)單也會(huì)考查．也就是要求我們教師和學(xué)生把高中應(yīng)知應(yīng)會(huì)的內(nèi)容都要掌握，才能為進(jìn)入高校打下良好的物理基礎(chǔ)．

(2)重視創(chuàng)新的滲透

題目第(3)、(4)問打破了常規(guī)，在驗(yàn)證機(jī)械能守恒實(shí)驗(yàn)中一般出現(xiàn)的是減少的重力勢(shì)能一般大于增加的動(dòng)能，理由就是由于空氣阻力做負(fù)功的原因，現(xiàn)在出現(xiàn)了逆反現(xiàn)像，還問是否由于空氣阻力的原因，對(duì)于第3問是容易回答的，那么對(duì)于第4問就要求我們找到問題的根源，在平常的教學(xué)中，我們也會(huì)遇到這問題，一般情況我們的回答是由于初速度不為零造成的，現(xiàn)在題目的主干中明確寫出鋼球由靜止釋放，這時(shí)就需要學(xué)生冷靜思考分析表格中數(shù)據(jù)，從表格中數(shù)據(jù)可以看出由于動(dòng)能的增加量始終大于重力勢(shì)能的減少量，所以一定是由于系統(tǒng)造成的．這種創(chuàng)新考法提醒我們學(xué)生和教師不僅要做實(shí)驗(yàn)，而且要認(rèn)真做實(shí)驗(yàn)，把我們每次試驗(yàn)中遇到的異樣情況加以分析，找到原因并提出解決問題的辦法，因?yàn)閯?chuàng)新就是在這些幾乎可以忽略的異樣現(xiàn)像中產(chǎn)生或者有新的發(fā)現(xiàn)．還要求學(xué)生不僅要做好基本實(shí)驗(yàn)，而且要求學(xué)生對(duì)這些基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)加以適當(dāng)改進(jìn)實(shí)現(xiàn)知識(shí)的融會(huì)貫通．也就是說不能把知識(shí)學(xué)死，而應(yīng)當(dāng)帶著思考去學(xué)習(xí)，這樣才會(huì)越學(xué)越活．

2 3個(gè)疑惑

(1)表格中設(shè)置的數(shù)據(jù)不盡合理

(2)遮光條的寬度過大造成操作上的不方便

中學(xué)實(shí)驗(yàn)室中遮光條的寬度一般是1 cm，并不是1.5 cm，根據(jù)第二問中的計(jì)算的速度大小為1.50 m/s，結(jié)合第(3)問中的動(dòng)能增加的大小可以推知小球和遮光條的總質(zhì)量應(yīng)該在44.8～264.8 g 之間，中學(xué)實(shí)驗(yàn)室能夠提供的鋼球的質(zhì)量分別是53.0 g，30.2 g，12.0 g．可以推知鋼球的質(zhì)量應(yīng)為30.2 g，那么遮光條的質(zhì)量為14.6 g，經(jīng)測(cè)量30.2 g鋼球的直徑為1.90 cm，如果采用寬度為1.50 cm的遮光條在操作上是很難粘連在直徑為1.90 cm的鋼球下面的，除非焊接在鋼球上，在中學(xué)實(shí)驗(yàn)室不具備這樣的條件．

(3)遮光條的質(zhì)量過大造成不可忽略的系統(tǒng)誤差

3 4個(gè)不足

筆者查閱了2000—2015年全國(guó)各地的高考試卷，沒有哪一年哪個(gè)省份利用單擺的裝置來驗(yàn)證機(jī)械能守恒，一般都是用來測(cè)定擺動(dòng)的周期來計(jì)算當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣龋畱?yīng)該說這種考法今年江蘇是個(gè)創(chuàng)新，筆者在網(wǎng)上搜索了一下，發(fā)現(xiàn)只有高考模擬考試的試卷考過一次類似的題目，題目如下.

【例1】某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)用單擺的實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒的實(shí)驗(yàn)如圖3所示,通過光控門，可以從時(shí)間顯示儀上讀小球擋光的時(shí)間．他的實(shí)驗(yàn)步驟是：

圖3 單擺實(shí)驗(yàn)裝置

(1)用刻度尺測(cè)出擺線長(zhǎng)L，再用游標(biāo)卡尺測(cè)量擺球的直徑如圖4所示．

圖4 用游標(biāo)卡尺測(cè)量擺球的內(nèi)徑

(3)斷開時(shí)間顯示儀開關(guān)，撤去光控門，將擺球拉離平衡位置一個(gè)很小的角度(θ<10°)，由靜止釋放擺球，用秒表測(cè)出擺球作N次全振動(dòng)的時(shí)間是t2.

回答：擺球的直徑是d=______cm

用秒表測(cè)出擺球作N次全振動(dòng)的時(shí)間時(shí)應(yīng)在擺球經(jīng)過____時(shí)開始計(jì)時(shí)，當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣仁莀___(用字母表示各物理量)

在誤差允許的范圍內(nèi)得到dt2=____(用字母表示各物理量)，就驗(yàn)證了擺球運(yùn)動(dòng)過程中機(jī)械能守恒．

為減小實(shí)驗(yàn)誤差，在體積相同的條件下，擺球應(yīng)選用______(實(shí)心、空心)金屬球．

根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的3個(gè)基本原則：簡(jiǎn)便性、可行性、精確性，筆者覺得江蘇卷中用來驗(yàn)證機(jī)械能守恒的實(shí)驗(yàn)裝置存在4個(gè)方面的不足之處，一是采用的細(xì)線不好找，要求細(xì)線的質(zhì)量很輕、很細(xì)并且在較大作用力范圍內(nèi)細(xì)線長(zhǎng)度的變化量要極小并且細(xì)線的彈性勢(shì)能要幾乎保持不變，在目前的中學(xué)實(shí)驗(yàn)條件下不容易找到這種材料；二是遮光條對(duì)小球做功不好計(jì)算，由于遮光條的質(zhì)量占到鋼球質(zhì)量的一半，所以不能忽視遮光條對(duì)鋼球做的功，由于遮光條和鋼球組成系統(tǒng)的重心不易判斷，所以遮光條對(duì)小球做的功不好計(jì)算，這就造成了不可忽略的系統(tǒng)誤差；三是要判斷鋼球在豎直平面擺動(dòng)，憑肉眼是做不到的；四是操作起來不方便，如果小球和遮光條的總質(zhì)量為44.8 g，那么第(3)問中擺的高度范圍為11.5～69.1 cm之間，在高度69.1 cm處．如果擺長(zhǎng)為100 cm，那么最大的擺動(dòng)角度大約在72°，讓小球從這樣一個(gè)大角度擺動(dòng)通過光電門，并且還要是在豎直平面內(nèi)擺動(dòng)操作起來是很困難的．如果能夠完善以上4個(gè)不足，那么該題的命制就是成功的．筆者覺得作為高考試題具有廣泛的社會(huì)影響，實(shí)驗(yàn)題在創(chuàng)新的同時(shí)兼顧試題的科學(xué)性、嚴(yán)謹(jǐn)性、可行性．這樣為廣大中學(xué)教師和學(xué)生樹立一個(gè)很好的榜樣，起到很好的引導(dǎo)作用．

丁駿(1964- )，男，中教高級(jí)，主要從事中學(xué)物理教學(xué)及研究.

考試與評(píng)價(jià)研究