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        對2016年高考江蘇卷力學實驗題的評析

        2016-12-12 05:38:27駿
        物理通報 2016年11期
        關(guān)鍵詞:擺球空氣阻力機械能

        丁 駿

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

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        對2016年高考江蘇卷力學實驗題的評析

        丁 駿

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

        2016年江蘇高考卷力學實驗題的命題方式體現(xiàn)了創(chuàng)新理念,從試題設置和提問中得到兩點啟示.結(jié)合高中物理實驗室裝備的儀器,對題中所給數(shù)據(jù)進行深入分析,發(fā)現(xiàn)在部分數(shù)據(jù)設置、實驗的可操作性、精確性、系統(tǒng)誤差上存在一些疑惑和不足.

        力學 實驗題 啟示 疑惑 不足

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

        圖1 驗證機械能守恒的實驗裝置

        (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

        圖2

        (3)表1為該同學的實驗結(jié)果

        表1 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.

        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,因為空氣阻力會造成ΔEk小于ΔEp,但表中ΔEk大于ΔEp;(4)分別測出光電門和球心到懸點的長度為L和l,計算ΔEk時,將v折算成鋼球的速度.

        1 兩點啟示

        (1)重視知識的全覆蓋

        今年考了刻度尺讀數(shù),這是初中就要求會讀、會使用的測量工具,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)部分教師認為一定不會考查,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生,只要是課標上要求的內(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)容就一定不會考,只要考試說明上要求的內(nèi)容,無論多么簡單也會考查.也就是要求我們教師和學生把高中應知應會的內(nèi)容都要掌握,才能為進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),在驗證機械能守恒實驗中一般出現(xiàn)的是減少的重力勢能一般大于增加的動能,理由就是由于空氣阻力做負功的原因,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,對于第3問是容易回答的,那么對于第4問就要求我們找到問題的根源,在平常的教學中,我們也會遇到這問題,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,這時就需要學生冷靜思考分析表格中數(shù)據(jù),從表格中數(shù)據(jù)可以看出由于動能的增加量始終大于重力勢能的減少量,所以一定是由于系統(tǒng)造成的.這種創(chuàng)新考法提醒我們學生和教師不僅要做實驗,而且要認真做實驗,把我們每次試驗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,因為創(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).還要求學生不僅要做好基本實驗,而且要求學生對這些基礎(chǔ)實驗加以適當改進實現(xiàn)知識的融會貫通.也就是說不能把知識學死,而應當帶著思考去學習,這樣才會越學越活.

        2 3個疑惑

        (1)表格中設置的數(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

        中學實驗室中遮光條的寬度一般是1 cm,并不是1.5 cm,根據(jù)第二問中的計算的速度大小為1.50 m/s,結(jié)合第(3)問中的動能增加的大小可以推知小球和遮光條的總質(zhì)量應該在44.8~264.8 g 之間,中學實驗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)量應為30.2 g,那么遮光條的質(zhì)量為14.6 g,經(jīng)測量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,在中學實驗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個不足

        筆者查閱了2000—2015年全國各地的高考試卷,沒有哪一年哪個省份利用單擺的裝置來驗證機械能守恒,一般都是用來測定擺動的周期來計算當?shù)氐闹亓铀俣龋畱撜f這種考法今年江蘇是個創(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】某同學設計了一個用單擺的實驗裝置驗證機械能守恒的實驗如圖3所示,通過光控門,可以從時間顯示儀上讀小球擋光的時間.他的實驗步驟是:

        圖3 單擺實驗裝置

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

        圖4 用游標卡尺測量擺球的內(nèi)徑

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

        回答:擺球的直徑是d=______cm

        用秒表測出擺球作N次全振動的時間時應在擺球經(jīng)過____時開始計時,當?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),就驗證了擺球運動過程中機械能守恒.

        為減小實驗誤差,在體積相同的條件下,擺球應選用______(實心、空心)金屬球.

        根據(jù)實驗設計的3個基本原則:簡便性、可行性、精確性,筆者覺得江蘇卷中用來驗證機械能守恒的實驗裝置存在4個方面的不足之處,一是采用的細線不好找,要求細線的質(zhì)量很輕、很細并且在較大作用力范圍內(nèi)細線長度的變化量要極小并且細線的彈性勢能要幾乎保持不變,在目前的中學實驗條件下不容易找到這種材料;二是遮光條對小球做功不好計算,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,所以遮光條對小球做的功不好計算,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,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.如果擺長為100 cm,那么最大的擺動角度大約在72°,讓小球從這樣一個大角度擺動通過光電門,并且還要是在豎直平面內(nèi)擺動操作起來是很困難的.如果能夠完善以上4個不足,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影響,實驗題在創(chuàng)新的同時兼顧試題的科學性、嚴謹性、可行性.這樣為廣大中學教師和學生樹立一個很好的榜樣,起到很好的引導作用.

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

        考試與評價研究

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