于旭堃

(河北師范大學(xué)物理科學(xué)與信息工程學(xué)院 河北 石家莊 050024)

薛文飛

(河北師范大學(xué)研究生院 河北 石家莊 050024)

劉英麗 郭芳宏 孟秀蘭

(河北師范大學(xué)物理科學(xué)與信息工程學(xué)院 河北 石家莊 050024)

考試與評(píng)價(jià)研究

高考實(shí)驗(yàn)題典型錯(cuò)解分析對(duì)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)及新高考的啟示*
——以2016年河北省高考理綜(全國(guó)卷Ⅰ)實(shí)驗(yàn)題為例

于旭堃

(河北師范大學(xué)物理科學(xué)與信息工程學(xué)院 河北 石家莊 050024)

薛文飛

(河北師范大學(xué)研究生院 河北 石家莊 050024)

劉英麗 郭芳宏 孟秀蘭

(河北師范大學(xué)物理科學(xué)與信息工程學(xué)院 河北 石家莊 050024)

針對(duì)2016年高考理綜全國(guó)卷(Ⅰ)實(shí)驗(yàn)題22和23題河北省考生的作答情況，給出了正解，分析了考生出現(xiàn)的典型錯(cuò)誤．考生出現(xiàn)的典型錯(cuò)誤有：不理解物理公式的含義；不能靈活運(yùn)用理論知識(shí)解決問(wèn)題；不理解題意和實(shí)驗(yàn)原理；不能正確使用常用的實(shí)驗(yàn)儀器；數(shù)學(xué)計(jì)算錯(cuò)誤；物理語(yǔ)言概括表述有誤等．針對(duì)考生的錯(cuò)解情況，提出改革物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的建議．

高考理綜 物理 物理實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?錯(cuò)解 啟示

近年來(lái)高考非常重視物理實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ目疾椋?016年高考理綜(全國(guó)卷Ⅰ)第22和23題屬于實(shí)驗(yàn)類(lèi)題目，主要考查考生審題能力，知識(shí)的靈活運(yùn)用能力，實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、原理的理解能力，處理?shù)據(jù)的能力，分析、解決問(wèn)題的能力及儀器的使用等．這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)題滿(mǎn)分分別為5分和10分，但河北省考生的滿(mǎn)分率并不高，失分較多．下面將梳理第22和23題的正解并分析河北省考生的典型錯(cuò)誤，分析考生的錯(cuò)解情況，希望對(duì)改進(jìn)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)及新高考備考有所啟示．

1 22題試題分析

1.1第22題原題

【題目】某同學(xué)用圖1(a)所示的實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，其中打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源為交流電源，可以使用的頻率有20 Hz，30 Hz和40 Hz．打出紙帶的一部分如圖1(b)所示．

該同學(xué)在實(shí)驗(yàn)中沒(méi)有記錄交流電的頻率f，需要用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和其他條件進(jìn)行推算．

(1)若從打出的紙帶可判定重物勻加速下落，利用f和圖1(b)中給出的物理量可以寫(xiě)出：在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出B點(diǎn)時(shí)，重物下落的速度大小為_(kāi)_____，打出C點(diǎn)時(shí)重物下落的速度大小為_(kāi)_____，重物下落的加速度的大小為_(kāi)_____．

圖1 第22原題題圖

(2)已測(cè)得s1=8.89 cm，s2=9.50 cm，s3=10.10 cm；當(dāng)重力加速度大小為9.80 m/s2，實(shí)驗(yàn)中重物受到的平均阻力大小約為其重力的1%．由此推算出f為_(kāi)_____Hz．

1.2試題正確解析

此題主要考查考生對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理方法，通過(guò)分析紙帶數(shù)據(jù)求解瞬時(shí)速度的大??；靈活運(yùn)用運(yùn)動(dòng)學(xué)公式或牛頓第二定律求解加速度的大小，進(jìn)而求得頻率的大?。?/p>

(1)求解打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出B和C點(diǎn)時(shí)，重物下落的速度vB和vC的大小.

(1)

(2)

求重物下落的加速度大小.

方法一：勻變速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，速度與時(shí)間的關(guān)系為v=v0+at，以BC段為研究過(guò)程，則

vC=vB+aT，將式(1)、(2)代入可得重物下落的加速度大小，即

(3)

(4)

或者

(5)

(2)求交流電源的頻率.

重物在下落的過(guò)程中，重物受到重力和阻力，已知重物受到的平均阻力大小約為其重力的1%，則阻力Ff=0.01mg，根據(jù)牛頓第二定律F=ma，可得

mg-0.01mg=ma

(6)

a=0.99g

將式(3)代入式(6)，得交流電源的頻率

f=40 Hz

2 23題試題分析

2.1第23題原題

【題目】現(xiàn)要組裝一個(gè)由熱敏電阻控制的報(bào)警系統(tǒng)，當(dāng)要求熱敏電阻的溫度達(dá)到或超過(guò)60 ℃時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警．提供的器材有：熱敏電阻，報(bào)警器(內(nèi)阻很小，流過(guò)的電流超過(guò)Ic時(shí)就會(huì)報(bào)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(jì))，滑動(dòng)變阻器R1(最大阻值為1 000 Ω)，滑動(dòng)變阻器R2(最大阻值為2 000 Ω)，單刀雙擲開(kāi)關(guān)一個(gè)，導(dǎo)線(xiàn)若干．

在室溫下對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，已知U約為18 V，Ic約為10 mA；流過(guò)報(bào)警器的電流超過(guò)20 mA時(shí)，報(bào)警器可能損壞；該熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而減小，在60 ℃時(shí)阻值為650.0 Ω．

(1)在答題卡上完成待調(diào)節(jié)的報(bào)警系統(tǒng)原理電路圖的連線(xiàn)．

圖2 第23原題題圖

(2)在電路中應(yīng)選用滑動(dòng)變阻器______(填“R1”或“R2”)．

(3)按照下列步驟調(diào)節(jié)此報(bào)警系統(tǒng)

1)電路接通前，需將電阻箱調(diào)到一定的阻值，根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，這一阻值為_(kāi)_____Ω；滑動(dòng)變阻器的滑片應(yīng)置于______(填“a”或“b”)端附近，不能置于另一端的原因是____________________．

2)將開(kāi)關(guān)向(填“c”或“d”)端閉合，緩慢移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片，直至________________．

(4)保持滑動(dòng)變阻器滑片的位置不變，將開(kāi)關(guān)向另一端閉合，報(bào)警系統(tǒng)即可正常使用．

2.2試題正確解析

此題主要考查考生對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)康募霸淼睦斫?、審題、電路設(shè)計(jì)與分析、常用儀器的正確使用、理論解決實(shí)際問(wèn)題的能力等．

(1)在該實(shí)驗(yàn)中，明確要求能用電阻箱進(jìn)行校準(zhǔn)，所以熱敏電阻和電阻箱應(yīng)該并聯(lián)，然后再與報(bào)警器、滑動(dòng)變阻器進(jìn)行串聯(lián)，利用實(shí)驗(yàn)中給的單刀雙擲開(kāi)關(guān)控制實(shí)驗(yàn)，便可起到報(bào)警的作用，正解如圖3所示．

圖3 答案電路圖

(2)直流電源的輸出電壓為18 V，當(dāng)流經(jīng)報(bào)警器的電流達(dá)到10 mA時(shí)，報(bào)警器就會(huì)報(bào)警，此時(shí)電路的總電阻為

則滑動(dòng)變阻器電阻大小R滑變=1 150 Ω．所以，滑動(dòng)變阻器應(yīng)選擇R2；

(3)

1) 650.0；b；接通電源后，流過(guò)報(bào)警器的電流會(huì)超過(guò)20 mA，報(bào)警器可能損壞．

2)c，報(bào)警器開(kāi)始報(bào)警.

對(duì)(3)中第1小題的正解分析：當(dāng)熱敏電阻的溫度達(dá)到或超過(guò)60 ℃時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警，而此時(shí)熱敏電阻的阻值為650.0 Ω，故應(yīng)將電阻箱調(diào)到650.0 Ω，然后調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，直至報(bào)警器報(bào)警．

如果滑動(dòng)變阻器的滑片置于a端，滑動(dòng)變阻器并沒(méi)有連入電路，那么整個(gè)電路的總電阻較小，此時(shí)，電路的總電流

則接通電源后，會(huì)燒壞報(bào)警器，故應(yīng)將滑動(dòng)變阻器的滑片置于b端，保證報(bào)警器和電路的安全使用．

對(duì)(3)中第2小題的正解分析：將開(kāi)關(guān)接到c端與電阻箱連接，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，直至報(bào)警器開(kāi)始報(bào)警；然后再接入熱敏電阻，電路即可正常工作．

針對(duì)該文字表述題，考生作答情況如下也給滿(mǎn)分：

當(dāng)直流電源的輸出電壓為18 V，流經(jīng)報(bào)警器的電流達(dá)到10 mA時(shí)，此時(shí)電路的總電阻為

則

R滑變=R總-R熱敏=1 150 Ω

所以，如果考生作答“電流超過(guò)Ic”、“滑動(dòng)變阻器的阻值為1 150 Ω”或者“電路中的總電阻為1 800 Ω”，均給滿(mǎn)分．

3 考生典型錯(cuò)解分析

3.1不理解物理公式的含義

3.2不能靈活運(yùn)用理論知識(shí)解決問(wèn)題

(1)第22題在求打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出B和C點(diǎn)重物的下落速度大小時(shí)，部分考生不能靈活運(yùn)用勻變速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)中某段時(shí)間內(nèi)的平均速度大小等于中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度大小的推論，出現(xiàn)了vB=2(s1+s2)f和vC=2(s2+s3)f等錯(cuò)誤答案．

(2)在求重物下落的加速度大小時(shí)，主要是運(yùn)用牛頓第二定律來(lái)求解．但是，大多數(shù)考生找不到突破口，不能對(duì)物體進(jìn)行正確的受力分析，無(wú)法靈活運(yùn)用牛頓第二定律進(jìn)行求解．

3.3計(jì)算錯(cuò)誤

在求解重物的加速度大小時(shí)，涉及數(shù)學(xué)運(yùn)算，很多考生雖然列式正確，但計(jì)算出現(xiàn)錯(cuò)誤，導(dǎo)致出現(xiàn)

和

等錯(cuò)誤答案而失分．

3.4不理解題意不能正確理解實(shí)驗(yàn)原理

(1)第22題中已明確指出打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源為交流電源，可以使用的頻率有20 Hz，30 Hz和40 Hz，但是大多數(shù)考生仍然計(jì)算得出其他的錯(cuò)誤答案，例如：30.3 Hz，40.33 Hz．很顯然考生沒(méi)有真正理解題意.

(2)在第23題(1)中連接電路圖時(shí)，大部分考生沒(méi)有理解實(shí)驗(yàn)原理和電阻箱、熱敏電阻的連接關(guān)系，造成該題失分較多，主要存在以下錯(cuò)誤.

1)將導(dǎo)線(xiàn)畫(huà)成虛線(xiàn)，如圖4所示；

圖4 錯(cuò)誤電路圖

2)不認(rèn)真審題，不明確題目中所給的具體實(shí)驗(yàn)器材，隨意加實(shí)驗(yàn)器材，例如導(dǎo)線(xiàn)、開(kāi)關(guān)、電壓表和電流表等，錯(cuò)誤電路圖如圖5，圖6，圖7和圖8所示；

圖5 錯(cuò)誤電路圖

圖6 錯(cuò)誤電路圖

圖7 錯(cuò)誤電路圖

圖8 錯(cuò)誤電路圖

3)個(gè)別考生在連接電路時(shí)，沒(méi)有用碳素筆描畫(huà)，導(dǎo)致掃描在電腦上之后，圖跡不清；

4)少數(shù)考生在連接電路時(shí)，沒(méi)有發(fā)揮所給實(shí)驗(yàn)儀器的作用．例如，有些考生把導(dǎo)線(xiàn)直接接在滑動(dòng)變阻器的a端，沒(méi)有將滑動(dòng)變阻器接入電路，如圖9所示．

圖9 錯(cuò)誤電路圖

(3)實(shí)驗(yàn)原理是實(shí)驗(yàn)的核心，是實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)操作以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果解釋的基礎(chǔ)．如果沒(méi)有理解實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)過(guò)程，就無(wú)法運(yùn)用電路中電阻的關(guān)系計(jì)算第23題(3)第1小題中電路接通前電阻箱的阻值．

3.5不能正確使用常用的實(shí)驗(yàn)儀器

大多數(shù)考生明白將滑動(dòng)變阻器連入電路時(shí)，其阻值應(yīng)處于最大位置處，但是部分考生在作答第23題(3)第1小題的問(wèn)題時(shí)，由于電路圖沒(méi)有正確作答，將答案填寫(xiě)成a，反映出考生沒(méi)有真正理解滑動(dòng)變阻器的作用．

3.6物理語(yǔ)言概括表述有誤

(1)大多數(shù)考生在表述第23題(3)第1小題中滑片不能置于另一端的原因時(shí)存在的問(wèn)題比較多．例如，部分考生填寫(xiě)的答案模棱兩可，文字表述不完整，出現(xiàn)“分壓過(guò)大”、“短路”、“電路短路”、“保證實(shí)驗(yàn)安全”等與題目要求無(wú)關(guān)的錯(cuò)誤答案．

(2)在第23題(3)第2小題中正解是“報(bào)警器開(kāi)始報(bào)警”，考生主要存在的錯(cuò)誤如下：一是錯(cuò)別字導(dǎo)致丟分，錯(cuò)答為“報(bào)警器想”、“報(bào)警器報(bào)器”等；二是混淆起報(bào)警作用的用電器，錯(cuò)答為“熱敏電阻報(bào)警”；三是物理語(yǔ)言表述不準(zhǔn)確，混淆報(bào)警器工作和報(bào)警器報(bào)警的關(guān)系，錯(cuò)答為“報(bào)警器開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)”、“報(bào)警器開(kāi)始工作”、“報(bào)警器開(kāi)始啟用”等；四是原題里并沒(méi)有電流表且報(bào)警器無(wú)法顯示電流示數(shù)，但是部分考生錯(cuò)答“報(bào)警器的示數(shù)為10 mA”、“電流表的示數(shù)為10 mA”等．

4 結(jié)語(yǔ)

以上分析的河北省考生在高考第22和23題中出現(xiàn)的典型錯(cuò)誤，雖然來(lái)自學(xué)生，但也反映了教學(xué)中存在的問(wèn)題．針對(duì)以上錯(cuò)誤，教學(xué)中要注意讓學(xué)生夯實(shí)理論基礎(chǔ)，提高實(shí)驗(yàn)技能，靈活運(yùn)用理論知識(shí)解決物理實(shí)驗(yàn)問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生審題、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與分析、常用儀器的使用能力，特別注意提高學(xué)生的計(jì)算能力．最重要的是要引導(dǎo)學(xué)生親自做實(shí)驗(yàn)，而不是僅僅停留在“講實(shí)驗(yàn)”和“背實(shí)驗(yàn)”，提高學(xué)生的物理實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，體現(xiàn)物理學(xué)是一門(mén)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué)之特征．也希望考生錯(cuò)解的分析對(duì)以后物理教學(xué)改革及高考有所啟示和幫助．

1 孟秀蘭,高永昌,魯增賢.2005年高考理綜全國(guó)卷(Ⅰ)第23題的多種解法及其典型錯(cuò)誤分析.物理教學(xué)，2006(2)：39～41

2 王麗萍,張萍，孟秀蘭.2009年高考理綜22，23題分析.物理教學(xué)探討，2009(10)：49～51

3 陶洪.物理實(shí)驗(yàn)論.南寧:廣西教育出版社，1996.24～26

4 周麗.高考物理實(shí)驗(yàn)題與培養(yǎng)考生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ恼{(diào)查研究.云南師范大學(xué)，2015

5 茹秀芳,張春斌,張軍朋,等.物理高考實(shí)驗(yàn)題中學(xué)生智慧技能障礙分析.物理教學(xué),2015(10)：51～54

*河北省研究生示范課程建設(shè)項(xiàng)目——“基礎(chǔ)物理專(zhuān)題研究”及河北師范大學(xué)研究生創(chuàng)新項(xiàng)目 “初高中物理教學(xué)銜接中存在的問(wèn)題研究”研究成果之一.

2017-03-31)