2018年江苏省高考物理实验题赏析
2018年江苏省高考物理实验题赏析
卢炜 江苏南菁高级中学
摘 要：仔细品读2018年江苏省高考物理实验题,它具有近年来明显的江苏省试题命制的特色：在真实的实验情境下,注重考查考生思维逻辑、基本的实验素养、实验操作技能与探究的能力.试题体现出对科学思维、科学探究的基本要求.试题指导我们如何基于学科核心素养进行实验教学,值得我们广大的高中物理教师深入挖掘.
关键词：高考试题；物理实验；实验探究；启示
随着2018年高考的结束,细细品读今年江苏省高考物理实验题.我们发现两道实验题延续了近几年高考试题命制的特点：在真实的实验情境下,注重考查考生的思维逻辑、基本的实验素养、实验操作技能与探究的能力.实验试题紧扣《2018年江苏省普通高中学业水平测试（必修科目）说明》（物理）.两道实验题分别为一道电学题、一道力学题,次序上跟以往发生了对调.电学实验题为：测定电源的电动势和内阻.本题考察了考生对实验操作的规范、实验原理的理解、用图像处理数据、电表的读数、误差等技能.特别是出题者对电学实验的误差分析进行了重新的设计,有效的考查了考生逻辑思维和改进实验的基本技能.力学实验题为：测定重力加速度g.本题考察了考生对基本物理概念和实验原理的深刻理解、并找出物理量之间的关系，运用所学牛顿第二定律及相关知识进行推导的能力,用生活中常见的事物解决实验中遇到的实际问题.在学生很熟悉的常规实验的基础上试题有了极大的创新.平时有较强探究能力、实验经验丰富、对实验有过深入思考的学生是能够解决这两道题.今年的实验题引导学生重视实验原理的理解、重视实验的规范和技能的锻炼、努力提高探究能力,同时为我们教师课堂实验教学提供指导.本文现对2018年江苏省高考实验题进行分析,进一步感悟试题的内涵,领悟命题者的意图.
一、高考实验题分析
例1：一同学测量某干电池的电动势和内阻.
(2)实验测得的电阻箱阻值R和电流表示数I,以及计算的数据见下表:
根据表中数据,在答题卡的方格纸上作出关系图象.
由图象可计算出该干电池的电动势为___________V;内阻为___________Ω.
(3)为了得到更准确的测量结果,在测出上述数据后,该同学将一只量程为100 mV 的电压表并联在电流表的两端.调节电阻箱,当电流表的示数为0.33 A时, 电压表的指针位置如题10-2图所示,则该干电池的电动势应为___________V;内阻应为___________Ω.
解析：
(1) 在进行实验的过程中为了保证电路中电子器件的安全,我们应该在实验前断开开关,将变阻箱的电阻调到最大以保证电路中的电流值最小.本实验中出现了两个问题1.开关未断开；2.电阻箱阻值为零.
(2) 根据表中的数据做出图形如图所示：
作图时尽可能的利用坐标纸,数据要分布在图线的两侧,了解图线的特点.本实验是用电流表和电阻箱测电源的电动势和内阻的实验.测量原理的方程为,其中I是电流表的示数,R是电阻箱的示数,通过对公式的变形我们可以得到,满足作图的要求. 通过图像可以得出斜率E=1.33V,截距就是内阻大小r=1.2Ω.
(3) 这一问在考虑电流表内阻影响的条件下,将方程进行修正得到,变形得到,我们发现图像的斜率仍然为电源的额电动势,所以答案跟上面一样E=1.33V,电源内阻和电流表内阻之和为截距r=1.2Ω,通过欧姆定律可以求得电流表的内阻为0.2Ω,所以电源电动势的内阻为1.0Ω.
点评：该电学实验题是由一道常规电学实验的改编而来,考生容易找到切入口.本题首先考察了考生对实验操作的规范,然后考察了考生对图像数据的处理,坐标纸中已经标出了所需要的物理量,考生仅需要根据图像中横纵坐标的物理量在表格中选择数据即可.作图之后考生需要从图像中得到电源电动势、内阻的信息。这就需要考生对闭合电路的欧姆定律要充分的理解,还要求把握住线性关系的特点,才能有效的处理图像问题.我们一定要关注两个坐标轴的物理量,需要科学的思维,才能找出问题的突破口,这正是对高中物理核心素养中“科学思维”的考查.最后,出题者对电学实验的误差分析进行了重新的设计,并不是传统的让考生写出此实验的误差,而是直接给出了修正误差方法。考生需要意识到最后一问的本质其实是误差分析,在准确的分析出电流表内阻分压带来误差的基础上,该问便能得到有效的解决。本实验的4个设问环环相扣,有效的考查了考生思维逻辑、分析实验误差和解决误差基本技能.
例2. 某同学利用如图所示的实验装置来测量重力加速度g.细绳跨过固定在铁架台上的轻质滑轮,两端各悬挂一只质量为M的重锤.实验操作如下：
①用米尺量出重锤1底端距地面的高度H;
②在重锤1上加上质量为m的小钩码;
③左手将重锤2压在地面上,保持系统静止.释放重锤2,同时右手开启秒表,在重锤1落地时停止计时,记录下落时间;
④重复测量3次下落时间,取其平均值作为测量值t.
请回答下列问题:
(1)步骤④可以减小对下落时间t测量的___________(选填“偶然”或“系统”)误差.
(2)实验要求小钩码的质量m要比重锤的质量M小很多, 主要是为了___________.
(A)使H测得更准确
(B)使重锤1下落的时间长一些
(C)使系统的总质量近似等于2M
(D)使细绳的拉力与小钩码的重力近似相等
(3)滑轮的摩擦阻力会引起实验误差.现提供一些橡皮泥用于减小该误差,可以怎么做?
(4)使用橡皮泥改进实验后,重新进行实验测量,并测出所用橡皮泥的质量为m0. 用实验中
的测量量和已知量表示g,得g=___________
解析：
（1）人在读秒表的时候,眼睛的位置不同会带来数据的偏大、偏小.多次重复测量时,偏大偏小的机会比较的接近,多次测量取平均值可以减小这种偶然的误差.所以选偶然误差.
（2）当小钩码的质量m要比重锤的质量M小得多的时候,重锤下落的加速度较小,在高度一定的情况下,下落的时间较长.在测量绝对误差一定的情况下,延长测量时间能够有效的减小相对误差.所以选B.
（3）由于滑轮摩擦阻力带来的影响,我们需要橡皮泥来平衡摩擦阻力.我们在重锤1 上粘上橡皮泥,调整橡皮泥质量直至轻拉重锤1 能观察到其匀速下落.
（4）设与重锤1相连的绳子的张力为T1, 重锤2相连的绳子的张力为T2
对重锤1,钩码,橡皮泥的整体：
对重锤2：
对与滑轮接触的一段轻绳： (质量不计的物体合外力始终为0)
又因为 所以：
根据： 得到：
点评： 本题实验装置常常用来做“验证机械能守恒”的实验.命题人将实验重新设计用来做“测重力加速度g”的实验,体现出试卷命题人独特的视角.试题用了四个问题对测量误差进行考察。第一问考察了偶然误差和系统误差,第二问考察了绝对误差和相对误差的相关知识.第三问是对平衡摩擦力这一实验要点的考察,这一问通过橡皮泥的重力来平衡滑轮的摩擦,与我们常常使用的倾斜木板的角度来平衡小车的摩擦力不同.此问的设计新颖独特,展现了试卷命制人超高的水平和创新精神.最后一问通过对绳两端物体使用牛顿第二定律求出重锤下落的加速度,然后用运动学知识,求出重力加速度g. 这一问是整体法和隔离法在牛顿第二定律的灵活的运用,准确得到重锤下落的加速度并不那么容易.此题对学生的物理思维,计算能力进行了考察,同时考查学生实验中发现问题、解决问题的能力,也培养了学生的科学探究的实验素养.
二、对课堂实验教学的启示
通过两道实验题的分析可以看出：电学实验来源于课本,力学实验是一道探究性实验.两道实验都是基于原有的实验进行重新的设计,视角独特新颖.两道实验重点考查了学生科学思维和科学探究的物理核心素养.对我们高中物理课堂实验教学提出以下启示.
启示1. 在平时的物理教学中,老师应该引导学生从实验的基本原理入手,掌握基本实验仪器的使用规范从而正确操作实验仪器,合理的处理相关实验数据,准确分析出实验的误差来源,最后给出合理方案减少实验误差.以课本常规的实验为例题,锻炼学生的实验分析能力.如在学习 “测电源电动势和内阻”实验中,要让学生知道误差的来源,是电流表的分压还是电压表的分流.在实验教学中,老师务必要重视学生的实验操作,让学生自己动手,在实验中暴露问题,并自己解决实验过程中出现的问题,对待实验一定要实事求是.
启示2. 在高三实验复习教学中,老师需对课本中的实验重新审视,通过对实验器材整合、实验方法的比较,使得学生从本质上充分理解和把握实验原理,因为高考实验题重视课本但不拘泥于课本.如在探究“探究加速度与力、质量关系”的试验中,要让学生通过牛顿第二定律计算出绳子中的拉力,然后分析出分析为什么需要m<<M，以及为什么需要平衡摩擦力.高考实验中必然会出现探究性实验,因此老师要以基本器材、基本实验为基点,拓展问题呈现的形式,挖掘问题的视角,设置探究实验的情境.只有这样才能让学生真正学会探究,才能培养学生的科学思维、科学探究能力.
卢瑟福认为：实验是检验真理的标准和准绳.所以在高中物理实验的教学中,教师应该立足基础,突出细节,重视学生科学创新意识、科学探究能力的培养.在探究性实验中,教师要鼓励学生创新,让学生大胆猜想,大胆提出实验的新方法,放手让学生设计,允许学生失败.这样才能培养学生的科学探究精神,提高创造能力,使学生物理学科核心素养的到发展.
参考文献：
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