成金德

摘 要：物理學是一門實驗科學，高考中也充分體現(xiàn)了這一點。縱觀全國各地高考試題，其中物理實驗試題均占全卷的15%以上。因此，實驗在高考中占有舉足輕重的位置。本文就高考實驗的特點及題型作些探討。

關(guān)鍵詞：實驗；高考；特點；能力

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-6148（2016）10-0048-5

物理學是一門實驗科學。高考“理科綜合”試題中，實驗是重要組成部分。當前，實驗考試雖是紙上談兵，但也能將學生的實驗水平考查得很到位、很全面。本文就2016年的高考實驗試題的特點及題型作些分析和探討。

1 老——考查實驗技能

2016年高考實驗題中，通過對課本上的學生實驗，考查學生實驗的基本知識和基本技能依然是主旋律?？疾橹幸髮W生明確實驗目的，理解實驗原理和方法；會控制實驗條件和使用實驗儀器，會觀察、分析實驗得到的數(shù)據(jù)，會解釋實驗中產(chǎn)生的現(xiàn)象，得出合理的實驗結(jié)論。對學生有沒有做過實驗，做實驗的效果如何，都能有效地進行考查。

例1 （2016年天津9（2）題）某同學利用如圖1所示裝置研究小車的勻變速直線運動。

（1）實驗中必要的措施是（ ）

A.細線必須與長木板平行

B.先接通電源再釋放小車

C.小車的質(zhì)量遠大于鉤碼的質(zhì)量

D.平衡小車與長木板間的摩擦力

（2）他實驗時將打點計時器接到頻率為50 Hz的交流電源上，得到一條紙帶。打出的部分計數(shù)點如圖2所示（每相鄰兩個計數(shù)點間還有4個點，圖中未畫出）。s1=3.59 cm；s2=4.41 cm；s3=5.19 cm；s4=5.97 cm；s5=6.78 cm；s6=7.64 cm。則小車的加速度a=________m/s2（要求充分利用測量數(shù)據(jù)）。打點計時器在打B點時小車的速度vB=________m/s。（結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字）

分析 這是一道考查課本上“研究勻變速直線運動”實驗的常規(guī)題。由于這套實驗裝置可以用來完成多個力學實驗，所以，要特別注意“研究勻變速直線運動”和“驗證牛頓第二定律”等兩個實驗的區(qū)別。在“驗證牛頓第二定律”的實驗中，要求小車的質(zhì)量遠大于鉤碼的質(zhì)量和平衡小車與長木板間的摩擦力；但對于“研究勻變速直線運動”實驗是不必要的。

對于第（1）問，在本實驗中，細線必須與長木板平行，以減小實驗的誤差，選項A正確；實驗時要先接通電源再釋放小車，選項B正確；此實驗中沒必要要求小車的質(zhì)量遠大于鉤碼的質(zhì)量，選項C錯誤；此實驗中不需平衡摩擦力，選項D錯誤。

第（2）問，兩相鄰計數(shù)點間的時間間隔T=0.1 s；由逐差法可得

打點計時器在打B點時小車的速度

2 細——考查操作技術(shù)

近年來，在實驗考查中，考查的內(nèi)容不斷細化，尤其重視對實驗細節(jié)的考查。如果學生沒有認真做過實驗，沒有親身體驗過實驗的操作細節(jié)，在實驗題的考試中，根本就無法解答這樣的問題。這類實驗題雖然不難，但如果沒有做過實驗，就無力解答。這樣的考查能促使學校、教師和學生重視實驗，讓學生真正走進實驗室，認真完成每一個學生實驗。

例2 （2016年上海28題）“用DIS描繪電場的等勢線”的實驗裝置示意圖如圖3所示。

（1）（單選題）該實驗描繪的是（ ）

A.兩個等量同種電荷周圍的等勢線

B.兩個等量異種電荷周圍的等勢線

C.兩個不等量同種電荷周圍的等勢線

D.兩個不等量異種電荷周圍的等勢線

（2）（單選題）實驗操作時，需在平整的木板上依次鋪放（ ）

A.導電紙、復寫紙、白紙

B.白紙、導電紙、復寫紙

C.導電紙、白紙、復寫紙

D.白紙、復寫紙、導電紙

分析 這個實驗是用電流場來模擬靜電場，所以，“三紙”放置秩序很講究；即導電紙必須放在最上面一層。若導電紙只有一面有導電物質(zhì)的，則有導電物質(zhì)的這一面應朝上，這樣才能形成電流場。這是實驗的細節(jié)問題，沒有親身經(jīng)歷過，這樣的問題是無力解答的。

（1）在該實驗中，將A、B兩個接線柱分別接到電源的正負極上，使得接正極的金屬柱帶正電，接負極的金屬柱帶負電，由此來模擬等量異種電荷產(chǎn)生的電場的等勢線。所以，選項B正確。

（2）導電紙必須放在最上面一層，接著，依次是復寫紙和白紙。故本題的正確選項是D。

3 活——考查設計能力

設計型實驗題是考查學生實驗設計能力的關(guān)鍵題型，這類題型往往被命題者所青睞。設計型實驗題一般要求學生根據(jù)題目提出的目的、要求和給出的器材，設計出實驗方案。在設計中，要求學生能深刻理解相關(guān)的物理規(guī)律；能熟練地將課本中學生實驗和演示實驗的實驗原理、實驗方法遷移到新的背景中。設計時應遵循科學性、可行性、精確性、簡便性這四條基本原則。

例3 （2016年天津9（3）題）某同學想要描繪標有“3.8 V，0.3 A”字樣小燈泡L的伏安特性曲線，要求測量數(shù)據(jù)盡量精確，繪制曲線完整。可供該同學選用的器材除了開關(guān)、導線外，還有：

電壓表V1（量程0～3 V，內(nèi)阻等于3 kΩ）；

電壓表V2（量程0～15 V，內(nèi)阻等于15 kΩ）；

電流表A1（量程0～200 mA，內(nèi)阻等于10 Ω）；

電流表A2（量程0～3 A，內(nèi)阻等于0.1 Ω）；

滑動變阻器R1（0～10 Ω，額定電流2 A）；

滑動變阻器R2（0～1 kΩ，額定電流0.5 A）；

定值電阻R3（阻值等于1 Ω）；

定值電阻R4（阻值等于10 Ω）；

定值電阻R5（阻值等于1 kΩ）；

電源E（E=6 V，內(nèi)阻不計）。

（1）請畫出實驗電路圖，并將各元件字母代碼標在該元件的符號旁。

（2）該同學描繪出的I–U圖像應是圖4中的______。

分析 （1）本題考查學生實驗“探究小燈泡的伏安特性曲線”。由于小燈泡的規(guī)格是“3.8 V，0.3 A”，因此，此題中所給的電流表和電壓表的量程都不適合；所以，電流表和電壓表都需要改裝。

由于小燈泡的電阻較小，應采用電流表外接法。為使繪制曲線完整，盡可能使小燈泡兩端的電壓范圍大，因此，滑動變阻器應接成分壓式，且選擇阻值較小的滑動變阻器R1。所以，電路可設計成如圖5所示的實驗電路。

（2）由于小燈泡的燈絲電阻隨溫度升高而增大，所以，該同學描繪出的I-U圖像應是圖4中的B選項。

4 變——考查應變能力

以課本中的學生實驗為基礎，根據(jù)學生的認知結(jié)構(gòu)和物理實驗特點，通過改變實驗目的、實驗要求、實驗控制條件、測量對象、實驗儀器、實驗圖景等，提出新的實驗課題，這類實驗題稱為拓展型實驗題。解答這類實驗題，要求學生運用已學的實驗理論、實驗方法去解決新情景下的實驗問題。由于這種拓展性實驗題是在原有學生實驗中拓展而來的，滲透了新的實驗思想方法及情景，因而考查了學生對原有學生實驗的應變能力。

例4 （2016年四川Ⅱ題）用如圖6所示電路測量電源的電動勢和內(nèi)阻。實驗器材：待測電源（電動勢約3 V，內(nèi)阻約2 Ω），保護電阻R1（阻值10 Ω）和R2（阻值5 Ω），滑動變阻器R，電流表A，電壓表V，開關(guān)S，導線若干。

實驗主要步驟：

（i）將滑動變阻器接入電路的阻值調(diào)到最大，閉合開關(guān)；

（ii）逐漸減小滑動變阻器接入電路的阻值，記下電壓表的示數(shù)U和相應電流表的示數(shù)I；

（iii）以U為縱坐標，I為橫坐標，作U–I圖線（U、I都用國際單位）；

（iv）求出U–I圖線斜率的絕對值k和在橫軸上的截距a。

回答下列問題：

（1）電壓表最好選用_____；電流表最好選用_____。

A.電壓表（0～3 V，內(nèi)阻約15 kΩ）

B.電壓表（0～3 V，內(nèi)阻約3 kΩ）

C.電流表（0～200 mA，內(nèi)阻約2 Ω）

D.電流表（0～30 mA，內(nèi)阻約2 Ω）

（2）滑動變阻器的滑片從左向右滑動，發(fā)現(xiàn)電壓表示數(shù)增大。兩導線與滑動變阻器接線柱連接情況是_____。

A.兩導線接在滑動變阻器電阻絲兩端接線柱

B.兩導線接在滑動變阻器金屬桿兩端接線柱

C.一條導線接在滑動變阻器金屬桿左端接線柱，另一條導線接在電阻絲左端的接線柱

D.一條導線接在滑動變阻器金屬桿右端接線柱，另一條導線接在電阻絲右端的接線柱

（3）選用k、a、R1和R2表示待測電源的電動勢E和內(nèi)阻r的表達式E=______，r=______，代入數(shù)值可得E和r的測量值。

分析 該實驗題是課本上的“測量電源的電動勢和內(nèi)阻”實驗的改進實驗；與課本中的實驗不同之處，就是增加了兩個保護電阻。此實驗產(chǎn)生誤差的原因是電壓表的分流作用，故選擇電壓表時要盡量用內(nèi)阻較大的電壓表。

（1）電壓表應選擇內(nèi)阻較大的A。根據(jù)閉合電路的歐姆定律可求出電路中可能達到的最大電流為I==≈0.18 A。

所以，電流表應選擇C。

（2）當滑動變阻器的滑片自左向右滑動時，發(fā)現(xiàn)電壓表的示數(shù)增大，則說明外電路的總電阻增大，也即滑動變阻器的有效電阻增大。則只有在一條導線接在滑動變阻器金屬桿左端接線柱，另一條導線接在電阻絲左端的接線柱的情形下才能實現(xiàn)，故選項C正確。

（3）根據(jù)閉合電路的歐姆定律可知，在U-I圖像上的斜率等于電源內(nèi)阻r和電阻R2之和，即電源的內(nèi)阻r=k-R2。在U-I圖像中，U軸上的截距即為電源電動勢E，則E=ka。

5 新——考查遷移能力

有這樣一類實驗題，它們并不是課本上現(xiàn)成的學生實驗，而是以某一物理現(xiàn)象或某一演示實驗作為基礎，來實施和完成某一物理實驗。這類實驗要求學生用所學的物理知識、實驗方法、用過的儀器進行新的實驗，從而達到考查學生的實驗能力和遷移能力的目的。

例5 （2016年江蘇11題）某同學用如圖7所示的裝置驗證機械能守恒定律。一根細線系住鋼球，懸掛在鐵架臺上，鋼球靜止于A點，光電門固定在A的正下方。在鋼球底部豎直地粘住一片寬為d的遮光條。將鋼球拉至不同位置由靜止釋放，遮光條經(jīng)過光電門的擋光時間t時由計時器測出，取v=作為鋼球經(jīng)過A點時的速度。記錄鋼球每次下落的高度h和計時器示數(shù)t，計算并比較鋼球在釋放點和A點之間的勢能變化大小ΔEp與動能變化大小ΔEk，就能驗證機械能是否守恒。

（1）ΔEp=mgh計算鋼球重力勢能變化的大小，式中鋼球下落高度h應測量釋放時的鋼球球心到___________之間的豎直距離。

A.鋼球在A點時的頂端；

B.鋼球在A點時的球心；

C.鋼球在A點時的底端。

（2）用ΔEk=mv2計算鋼球動能變化的大小，用刻度尺測量遮光條寬度，示數(shù)如圖8所示，其讀數(shù)為___________cm。某次測量中，計時器的示數(shù)為0.0100 s，則鋼球的速度為v=____________m/s。

（3）下表為該同學的實驗結(jié)果：

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

（4）請你提出一條減小上述差異的改進建議。

分析 此實驗的目的是驗證機械能守恒定律，但沒有選用課本上的學生實驗，而是選用小球向下擺動這個現(xiàn)象來驗證。雖說實驗的情景新了，但實驗的原理并沒有變化。

（1）小球下落的高度應是初末位置小球球心間的豎直距離，所以選B。

（2）由圖8可讀出測量值為1.50 cm，小球的速度由v=計算，解得v=1.50 m/s。

（3）若是空氣阻力造成的，則應該是重力勢能轉(zhuǎn)化為動能和克服阻力做功，即ΔEk小于ΔEp；由此可知，表格數(shù)據(jù)的差異不是空氣阻力造成的。

（4）由v=計算出的速度實為遮光條的速度，而遮光條的速度與小球的速度有誤差?？煞謩e測出光電門和球心到懸點的長度L和l，由于遮光條與小球的角速度相等，則計算ΔEk時，將v折算成鋼球的速度v'=v。

6 用——考查應用能力

以生活、生產(chǎn)和現(xiàn)代科技中的某一實際問題為背景立意命題，要求學生能夠從題給的文字、圖表和器材中捕獲有效信息，從中找出適合的物理規(guī)律，通過聯(lián)想、等效、類比等思維方法建立與新情景對應的物理模型，并在舊知識與物理模型之間架設橋梁，將舊知識遷移并運用到新情景中去。

例6 （2016年全國I卷第11題）現(xiàn)要組裝一個由熱敏電阻控制的報警系統(tǒng)，要求當熱敏電阻的溫度達到或超過60 ℃時，系統(tǒng)報警。提供的器材有：熱敏電阻，報警器（內(nèi)阻很小，流過的電流超過IC時就會報警），電阻箱（最大阻值為999.9 Ω），直流電源（輸出電壓為U，內(nèi)阻不計），滑動變阻器R1（最大阻值為1000 Ω），滑動變阻器R2（最大阻值為2000 Ω），單刀雙擲開關(guān)一個，導線若干。

在室溫下對系統(tǒng)進行調(diào)節(jié)。已知U約為18 V，IC約為10 mA；流過報警器的電流超過20 mA時，報警器可能損壞；該熱敏電阻的阻值隨溫度升高而減小，在60 ℃時阻值為650.0 Ω。

（1）完成如圖9所示的待調(diào)節(jié)的報警系統(tǒng)原

理電路圖的連線。

（2）電路中應選用滑動變阻器________（填“R1”或“R2”）。

（3）按照下列步驟調(diào)節(jié)此報警系統(tǒng)：

①電路接通前，需將電阻箱調(diào)到一固定的阻值，根據(jù)實驗要求，這一阻值為______；滑動變阻器的滑片應置于_______（填“a”或“b”）端附近，不能置于另一端的原因是_____________。

②將開關(guān)向_______（填“c”或“d”）端閉合，緩慢移動滑動變阻器的滑片，直至__________。

（4）保持滑動變阻器滑片的位置不變，將開關(guān)向另一端閉合，報警系統(tǒng)即可正常使用。

分析 本題考查閉合電路歐姆定律和等效替換法的應用。應用等效替換法時，先用電阻箱代替熱敏電阻調(diào)節(jié)電路，然后，再接入熱敏電阻時，就可以直接工作，這種做法靈活、方便、安全。

（1）調(diào)節(jié)電路時，應調(diào)節(jié)電阻箱的阻值等于650.0 Ω，即等于溫度為60 ℃時的熱敏電阻的阻值，使報警器處于正常報警狀態(tài)，因此，電路圖可設計為如圖10所示。

（2）通過報警器的電流應控制在10mA≤Ic≤20mA內(nèi)，根據(jù)閉合電路的歐姆定律IC=代入數(shù)據(jù)求得900 Ω≤R≤1800 Ω，故滑動變阻器選R2。

（3）①本題需應用等效替換法。先用電阻箱代替熱敏電阻，將電阻箱的阻值調(diào)節(jié)到熱敏電阻的臨界電阻，也就是溫度在60 ℃時的阻值650.0 Ω；調(diào)節(jié)時，為防止接通電源后，流過報警器的電流超過20 mA，將損壞報警器。因此，滑動變阻器的滑片應置于b端。

②先將電阻箱的電阻接入電路，調(diào)節(jié)滑動變阻器的電阻，調(diào)至報警器開始報警時，再保持滑動變阻器的阻值不變。然后，通過單刀雙擲開關(guān)將熱敏電阻接到電路上，當熱敏電阻的阻值是650.0 Ω時，也就是溫度達到了60 ℃，報警器開始報警。

總之，當今的高考實驗考查側(cè)重于實驗原理的掌握、器材的選擇、器材的使用、數(shù)據(jù)的處理、實際的操作、簡單的設計、方法的應用等方面，其中對實驗實際操作能力的考查有越來越熱的趨勢。因此，在高考實驗復習中，必須以掌握常規(guī)實驗原理、實驗方法、規(guī)范操作程序、數(shù)據(jù)處理方法等為本；注意從常規(guī)的實驗中，善于總結(jié)、提取和積累有效的實驗方法，注意?；丶遥▽嶒炇遥┛纯矗瑥亩鴮崿F(xiàn)準確、快速和靈活解答高考實驗題的目的。

參考文獻：

[1]沈祖榮.2014年高考物理江蘇卷實驗題的考查及對物理教學的啟示[J].物理教師，2015，36（3）：74—76.