(江蘇省南菁高級(jí)中學(xué)，江蘇 江陰 214437)

2017年高考江蘇卷物理實(shí)驗(yàn)題賞析

卞望來(lái)①

(江蘇省南菁高級(jí)中學(xué)，江蘇 江陰 214437)

通過(guò)品讀2017年高考江蘇卷物理實(shí)驗(yàn)題，發(fā)現(xiàn)它們延續(xù)了多年江蘇省試題命制的特色：實(shí)驗(yàn)情境真實(shí)，注重基本實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)考查，加強(qiáng)了對(duì)實(shí)驗(yàn)操作、探究的考查。試題體現(xiàn)了對(duì)高中物理核心素養(yǎng)的要求，為今后高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)指明了方向。

高考物理；物理實(shí)驗(yàn)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；啟示

仔細(xì)解讀2017年江蘇高考物理卷命題，可發(fā)現(xiàn)其特點(diǎn)與往年保持一致，特別是兩道實(shí)驗(yàn)題延續(xù)了多年試題命制的特色：實(shí)驗(yàn)情境真實(shí)，貼近生活實(shí)際，注重基本實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)考查，加強(qiáng)了對(duì)實(shí)驗(yàn)操作、探究的考查。實(shí)驗(yàn)試題緊扣《2017年江蘇省普通高中學(xué)業(yè)水平測(cè)試(必修科目)說(shuō)明》(物理)(以下簡(jiǎn)稱《高考說(shuō)明》)。兩道實(shí)驗(yàn)題為一力學(xué)、一電學(xué)，力學(xué)實(shí)驗(yàn)題考查的是“探究恒力做功與物體動(dòng)能變化的關(guān)系”，試題與教材結(jié)合緊密。電學(xué)為一道探究性實(shí)驗(yàn)題，探究味濃，考查了實(shí)驗(yàn)的基本技能。本文對(duì)2017年高考江蘇物理卷的實(shí)驗(yàn)題加以分析，進(jìn)一步挖掘試題的內(nèi)涵，體會(huì)命題者的意圖，為今后的實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供有益的參考。

1 高考實(shí)驗(yàn)題分析

例1:利用如圖1所示的實(shí)驗(yàn)裝置探究恒力做功與物體動(dòng)能變化的關(guān)系。小車的質(zhì)量為M=200.0g，鉤碼的質(zhì)量為m=10.0g，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源為50Hz的交流電。

圖1

(1) 掛鉤碼前，為了消除摩擦力的影響，應(yīng)調(diào)節(jié)木板右側(cè)的高度，直至向左輕推小車觀察到 。

(2) 掛上鉤碼，按實(shí)驗(yàn)要求打出的一條紙帶如題圖2所示。選擇某一點(diǎn)為O，依次每隔4個(gè)計(jì)時(shí)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)。用刻度尺量出相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離Δx，記錄在紙帶上。計(jì)算打出各計(jì)數(shù)點(diǎn)時(shí)小車的速度v，其中打出計(jì)數(shù)點(diǎn)“1”時(shí)小車的速度v1= m/s。

圖2

表1

請(qǐng)根據(jù)表中的數(shù)據(jù)，在答題卡的方格紙上作出ΔEk-W圖像(如圖3)。

圖3

(4) 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，ΔEk總是略小于W。某同學(xué)猜想是由于小車所受拉力小于鉤碼重力造成的。用題中小車和鉤碼質(zhì)量的數(shù)據(jù)可算出小車受到的實(shí)際拉力F= 。

解析：本題是以“探究恒力做功與物體動(dòng)能變化的關(guān)系”為背景,要求學(xué)生明了平衡摩擦力的方法，會(huì)計(jì)算紙帶上某點(diǎn)的速度，根據(jù)數(shù)據(jù)合理作圖，利用牛頓第二定律計(jì)算小車受到的實(shí)際拉力。

(1) 本問(wèn)很直接，沒(méi)有問(wèn)學(xué)生要不要掛鉤碼，而是說(shuō)明了掛鉤碼前，為了消除摩擦力的影響，應(yīng)調(diào)節(jié)木板右側(cè)的高度，用重力的分力平衡摩擦力后，小車所受合力為零，所以應(yīng)填：小車做勻速運(yùn)動(dòng)。

(3) 根據(jù)題中所給數(shù)據(jù)，合理確定物理量的標(biāo)度，然后描點(diǎn)作圖，要使數(shù)據(jù)點(diǎn)盡可能近地分布在直線兩側(cè)(如圖4)。

圖4

(4) 由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，ΔEk總是略小于W。由于學(xué)生實(shí)際上已知道了動(dòng)能定理，能夠推斷是小車所受拉力小于鉤碼重力造成的。對(duì)小車和鉤碼整體由牛頓第二定律得：mg=(M+m)a,再對(duì)于小車，有：F合=F=Ma，由二式聯(lián)立得F=0.093N。在計(jì)算過(guò)程中，g取9.8m/s2，不能用10m/s2，這是實(shí)驗(yàn)常規(guī)要求。

點(diǎn)評(píng)：本實(shí)驗(yàn)是教材中的一個(gè)重要實(shí)驗(yàn)，也是今年物理《高考說(shuō)明》中新增的一個(gè)實(shí)驗(yàn)考點(diǎn)，根據(jù)多年慣例凡是考試說(shuō)明中的新增考點(diǎn)，在當(dāng)年考試中要有所體現(xiàn)，充分體現(xiàn)了《高考說(shuō)明》的導(dǎo)向性。本實(shí)驗(yàn)雖源于教材，但高于教材，用鉤碼拉小車做功替代橡皮筋拉小車做功，實(shí)驗(yàn)可操作性強(qiáng)且精度高，也便于學(xué)生接受。本實(shí)驗(yàn)的4個(gè)設(shè)問(wèn)環(huán)環(huán)相扣，考查了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)基本技能，這體現(xiàn)了要從實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)、解決問(wèn)題的考查意圖，也考查了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)。

例2：某同學(xué)通過(guò)實(shí)驗(yàn)制作一個(gè)簡(jiǎn)易的溫控裝置，實(shí)驗(yàn)原理電路圖如圖5所示，繼電器與熱敏電阻Rt、滑動(dòng)變阻器R串聯(lián)接在電源E兩端，當(dāng)繼電器的電流超過(guò)15mA時(shí)，銜鐵被吸合，加熱器停止加熱，實(shí)現(xiàn)溫控。繼電器的電阻約為20Ω，熱敏電阻的阻值Rt與溫度t的關(guān)系如表2所示。

圖5

表2

(1) 提供的實(shí)驗(yàn)器材有：電源E1(3V，內(nèi)阻不計(jì))、電源E2(6V，內(nèi)阻不計(jì))、滑動(dòng)變阻器R1(0～200Ω)、滑動(dòng)變阻器R2(0～500Ω)、熱敏電阻Rt，繼電器、電阻箱(0～999.9Ω)、開(kāi)關(guān)S、導(dǎo)線若干。

為使該裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)30～80℃之間任一溫度的控制，電源E應(yīng)選用 (選填“E1”或“E2”)，滑動(dòng)變阻器R應(yīng)選用 (選填“R1”或“R2”)。

(2) 實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)電路不工作，某同學(xué)為排查電路故障，用多用電表測(cè)量各接點(diǎn)間的電壓，則應(yīng)將如圖6所示的選擇開(kāi)關(guān)旋至 (選填“A”、“B”、“C”或“D”)

圖6

(3) 合上開(kāi)關(guān)S，用調(diào)節(jié)好的多用電表進(jìn)行排查，在圖5中，若只有b、c間斷路，則應(yīng)發(fā)現(xiàn)表筆接入a、b時(shí)指針 (選填“偏轉(zhuǎn)”或“不偏轉(zhuǎn)”)，接入a、c時(shí)指針 (選填“偏轉(zhuǎn)”或“不偏轉(zhuǎn)”)。

(4) 排除故障后，欲使銜鐵在熱敏電阻為50℃時(shí)被吸合，下列操作步驟正確順序是 。(填寫各步驟前的序號(hào))

① 將熱敏電阻接入電路；

② 觀察到繼電器的銜鐵被吸合；

③ 斷開(kāi)開(kāi)關(guān)，將電阻箱從電路中移除；

④ 合上開(kāi)關(guān)，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的阻值；

⑤ 斷開(kāi)開(kāi)關(guān)，用電阻箱替換熱敏電阻，將阻值調(diào)至108.1Ω。

解析：本題是以制作一個(gè)簡(jiǎn)易的溫控裝置為背景，考查學(xué)生對(duì)電源、滑動(dòng)變阻器的選擇，要求學(xué)生對(duì)閉合電路歐姆定律要充分理解。排查電路故障，就是考查學(xué)生對(duì)多用電表的掌握情況。寫出正確操作步驟，考查了學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作能力和探究能力，是對(duì)高中物理核心素養(yǎng)中“正確實(shí)施實(shí)驗(yàn)探究方案的能力”的考查。

(1) 在回答該問(wèn)時(shí)，學(xué)生首先要弄清電路中有兩個(gè)回路：加熱回路和控制回路。選擇電源E與滑動(dòng)變阻器R是在控制回路中，先考慮選擇電源，若電源是E1(3V，內(nèi)阻不計(jì))，由題意，該裝置要實(shí)現(xiàn)對(duì)30～80℃之間任一溫度的控制，要注意的是繼電器的電阻約為20Ω，當(dāng)溫度為30℃時(shí)，熱敏電阻的阻值為199.5Ω，即使滑動(dòng)變阻器電阻調(diào)為0，此時(shí)回路電流也達(dá)不到15mA，回路失去控制，因而電源要選擇E2。當(dāng)溫度為80℃時(shí)，熱敏電阻的阻值為49.1Ω，如果滑動(dòng)變阻器選用R1(0～200Ω)，即使電阻調(diào)為200Ω，回路中的電流也會(huì)超過(guò)15mA，因而回路不能對(duì)溫度為80℃進(jìn)行控制，所以滑動(dòng)變阻器要選擇R2。

(2) 要求排查電路故障，對(duì)多用電表的選擇開(kāi)關(guān)作出判斷。為降低難度，特別說(shuō)明用多用電表測(cè)量各接點(diǎn)間的電壓，并注意到要探測(cè)的是直流電壓，所以選擇開(kāi)關(guān)旋至直流電壓擋，即C。

(3) 考查了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作能力，要做出正確判斷，關(guān)鍵是明確此時(shí)多用電表相當(dāng)于一只電壓表，所以合上開(kāi)關(guān)S，用調(diào)節(jié)好的多用電表進(jìn)行排查，在圖6中，由于只有b、c間斷路，則當(dāng)表筆接入a、b時(shí)，整個(gè)電路處于斷路，沒(méi)有電流通過(guò)多用電表，所以指針不偏轉(zhuǎn)，當(dāng)表筆接入a、c時(shí)，電路處于導(dǎo)通狀態(tài)，所以多用電表有讀數(shù)，指針偏轉(zhuǎn)。

(4) 是該小題最難的一問(wèn)，要求學(xué)生對(duì)探究步驟進(jìn)行正確排序。為使銜鐵在熱敏電阻為50℃時(shí)被吸合，50℃時(shí)熱敏電阻阻值為108.1Ω，先斷開(kāi)開(kāi)關(guān)，用電阻箱替換熱敏電阻，將阻值調(diào)至108.1Ω，然后合上開(kāi)關(guān)，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的阻值，觀察到繼電器的銜鐵被吸合，最后再將熱敏電阻替換電阻箱，正確順序是⑤④②③①。

點(diǎn)評(píng)：這是一道探究性實(shí)驗(yàn)題，探究味濃，貼近生活實(shí)際，可操作性強(qiáng)。本小題考查了閉合電路歐姆定律、多用電表開(kāi)關(guān)選擇及電路故障判斷、熱敏電阻特性和科學(xué)探究等，是對(duì)教材中實(shí)驗(yàn)的橫向拓展和縱向延伸，要求學(xué)生有較強(qiáng)的思維能力和探究能力，這充分展示了試題命制人的獨(dú)特視角。

2 對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的啟示

由以上分析可以看出，力學(xué)實(shí)驗(yàn)來(lái)源于教材，電學(xué)實(shí)驗(yàn)是一道探究性實(shí)驗(yàn)，這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)集中考查了學(xué)生基本實(shí)驗(yàn)技能和素養(yǎng)，對(duì)中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)有如下啟示。

(1)要把握江蘇省高考物理實(shí)驗(yàn)命題特點(diǎn)，認(rèn)真研讀《高考說(shuō)明》，掌握說(shuō)明中關(guān)于實(shí)驗(yàn)與探究能力方面四個(gè)要求：① 能獨(dú)立完成《高考說(shuō)明》中“實(shí)驗(yàn)、探究”的內(nèi)容，明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，理解?shí)驗(yàn)原理和方法，控制實(shí)驗(yàn)條件。② 會(huì)使用實(shí)驗(yàn)儀器，會(huì)觀察、分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，會(huì)記錄、處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并得出結(jié)論，對(duì)結(jié)論進(jìn)行一定的分析和評(píng)價(jià)。③ 能在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、提出問(wèn)題，對(duì)解決問(wèn)題的方式和問(wèn)題的答案提出假設(shè)；能制定實(shí)驗(yàn)方案，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行預(yù)測(cè)。④ 能運(yùn)用已學(xué)過(guò)的物理理論、實(shí)驗(yàn)方法和所給的實(shí)驗(yàn)儀器去解決問(wèn)題，包括簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。在今年的高考物理實(shí)驗(yàn)中上述四個(gè)要求都得到了充分體現(xiàn)。

(2) 在高三物理實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)教學(xué)中，教師要引導(dǎo)學(xué)生從實(shí)驗(yàn)原理和方法入手，正確使用實(shí)驗(yàn)儀器，處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，能分析實(shí)驗(yàn)誤差的來(lái)源，對(duì)實(shí)驗(yàn)操作和減少實(shí)驗(yàn)誤差提出合理建議，要注意數(shù)據(jù)處理中有效數(shù)字的要求，掌握基本實(shí)驗(yàn)儀器的使用規(guī)范。以典型的實(shí)驗(yàn)為例題，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能。如在復(fù)習(xí)“加速度與物體質(zhì)量、物體受力的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中，要讓學(xué)生知道采用控制變量法來(lái)探究它們之間的關(guān)系，理解為什么要平衡摩擦力、什么情況下砝碼的質(zhì)量要遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量、什么情況又不需要這個(gè)條件。在實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)教學(xué)中，要重視學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中暴露問(wèn)題，自主解決實(shí)驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，養(yǎng)成實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度。

(3) 由于高考實(shí)驗(yàn)題重視教材但不拘泥于教材，因此在實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)教學(xué)中，教師要重新審視教材中的實(shí)驗(yàn)，從實(shí)驗(yàn)器材整合、實(shí)驗(yàn)方法比較的視角，讓學(xué)生從本質(zhì)上真正理解和把握實(shí)驗(yàn)原理。如在電學(xué)實(shí)驗(yàn)中，有關(guān)滑動(dòng)變阻器選擇和使用，通過(guò)實(shí)際例題說(shuō)明什么情況要選擇變化范圍大的滑動(dòng)變阻器，什么情況又要選擇變化范圍小的滑動(dòng)變阻器。分析滑動(dòng)變阻器何時(shí)用限流式連接，何時(shí)用分壓式連接。在高考實(shí)驗(yàn)中總會(huì)出現(xiàn)探究性實(shí)驗(yàn)，因此教師要以基本實(shí)驗(yàn)為基點(diǎn)，拓展問(wèn)題呈現(xiàn)的形式，挖掘問(wèn)題的視角，設(shè)置探究的實(shí)驗(yàn)情境，讓學(xué)生學(xué)會(huì)探究，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力。

3 結(jié)語(yǔ)

愛(ài)因斯坦曾經(jīng)說(shuō)過(guò)：“發(fā)現(xiàn)問(wèn)題比解決問(wèn)題更重要”，在高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，立足基礎(chǔ)，突出細(xì)節(jié)，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)、分析和解決問(wèn)題。在探究性實(shí)驗(yàn)中，要放手讓學(xué)生探究，允許學(xué)生失敗，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究精神，提高探究能力，為培養(yǎng)學(xué)生的物理核心素養(yǎng)而努力。

[1] 江蘇省教育考試院.2017年江蘇省普通高中學(xué)業(yè)水平測(cè)試(必修科目)說(shuō)明[M].南京：江蘇教育出版社,2016.

[2] 孫福如.2016年江蘇高考物理實(shí)驗(yàn)題賞析[J].物理之友，2016，(12).

①名師簡(jiǎn)介卞望來(lái)，男，中學(xué)物理高級(jí)教師，無(wú)錫市中學(xué)物理學(xué)科帶頭人，主要研究高中物理教學(xué)。