許 文

華中科技大學附屬中學 (430074)

2019年高考全國卷物理實驗注重實驗基本技能，彰顯核心素養(yǎng)考查。和往年高考相比，不僅在必考內(nèi)容中考查力學與電學基本實驗及拓展，而且在選考模塊中也考查實驗的基本技能與實驗的應用能力。通過實驗突出了對學生物理核心素養(yǎng)的考查，為今后的物理高考實驗提供了一定的指導作用。本文解析2019年高考物理實驗試題特點，探討2020年高考物理實驗備考策略。

1 試題概述

全國卷高考物理實驗部分試題見表1。

表1 全國卷高考物理實驗試題

從表1中我們可以看出，全國卷高考物理實驗題型多樣，內(nèi)容廣闊，考法靈活，主要考查實驗的基本技能、知識的應用與拓展能力及學生的物理實驗素養(yǎng)。

2 試題特點

2.1 注重基本儀器的使用與讀數(shù)

2019年全國卷I的第22題、卷Ⅲ的第22題考查了刻度尺的使用與讀數(shù)；卷I第23題與卷Ⅲ的第23題分別考查了電表與電阻箱的讀數(shù)；卷Ⅰ第22題、卷Ⅱ第22題考查了打點計時器的使用及紙帶的測量與計算；卷Ⅱ第23題與卷Ⅲ的第23題均考查了滑動變阻器的使用。

考查基本儀器的使用和操作方法類考題要注意儀器的構造原理、操作技能，讀數(shù)規(guī)則，尤其要注意有效數(shù)字。這類題型主要以填空為主，題目已由單純考查儀器的使用變得更加綜合。物理考試說明中要求考生熟練掌握的儀器有刻度尺、游標卡尺、螺旋測微器、天平、秒表、電火花計時器或電磁打點計時器、彈簧秤、溫度計、電流表、電壓表、多用電表、滑動變阻器、電阻箱等。此外，在備考復習中既要熟練掌握基本的傳統(tǒng)實驗器材的使用，還要了解DIS等實驗器材的使用。

2.2 注重實驗原理的理解與分析

理解實驗原理是進行實驗設計、方案評估、控制條件、測量分析的前提，也是用實驗手段進行分析和解決問題的關鍵。

例1：(2019全國卷Ⅱ第33題)某同學利用圖1所示裝置測量某種單色光的波長。實驗時，接通電源使光源正常發(fā)光：調整光路，使得從目鏡中可以觀察到干涉條紋?；卮鹣铝袉栴}：

圖1

(1)若想增加從目鏡中觀察到的條紋個數(shù)，該同學可________。

A．將單縫向雙縫靠近

B．將屏向靠近雙縫的方向移動

C．將屏向遠離雙縫的方向移動

D．使用間距更小的雙縫

(2)若雙縫的間距為d，屏與雙縫間的距離為l，測得第1條暗條紋到第n條暗條紋之間的距離為Δx，則單色光的波長λ =________。

(3)某次測量時，選用的雙縫間距為0.300 mm，測得屏與雙縫間的距離為1.20 m，第1條暗條紋到第4條暗條紋之間的距離為7.56 mm。則所測單色光的波長為________nm(結果保留3位有效數(shù)字)。

≈6.30×10-7m=630 nm

2.3 注重基本實驗的變化與創(chuàng)新

教材中與打點計時器相關的實驗如研究勻速直線運動、探究加速度與力、質量間的關系、探究做功與動能變化的關系、驗證機械能守恒定律等是一些基本的實驗，對這些基本實驗進行創(chuàng)新與變化，可以拓展為測動摩擦因數(shù)、測重力加速度等。

例2：(2019全國卷Ⅱ第22題)如圖2所示，某同學設計了測量鐵塊與木板間動摩擦因數(shù)的實驗。所用器材有：鐵架臺、長木板、鐵塊、米尺、電磁打點計時器、頻率50 Hz的交流電源、紙帶等?；卮鹣铝袉栴}：

圖2 例2圖示

(1)鐵塊與木板間動摩擦因數(shù)μ=________(用木板與水平面的夾角θ、重力加速度g和鐵塊下滑的加速度a表示)。

(2)某次實驗時，調整木板與水平面的夾角θ=30°。接通電源。開啟打點計時器，釋放鐵塊，鐵塊從靜止開始沿木板滑下。多次重復后選擇點跡清晰的一條紙帶如圖3所示，圖中的點為計數(shù)點(每兩個相鄰的計數(shù)點間還有4個點未畫出)。重力加速度g=9.8 m/s2?？梢杂嬎愠鲨F塊與木板間的動摩擦因數(shù)為__________(結果保留2位小數(shù))。

圖3 紙帶

解析：(1)設鐵塊的質量為m，由牛頓第二定律有：mgsinθ-μmgcosθ=ma

其中，t=5T=0.1 s

x2=(76.39-31.83)×10-2m

x1=(31.83-5 .00)×10-2m

可得：a= 1.97 m/s2

解得：μ=0.35

評析：本題是教材中的用打點計時器研究勻變速直線運動這一基本實驗的變化與創(chuàng)新，根據(jù)紙帶計算加速度采用逐差法。本實驗的變化與創(chuàng)新之處在于根據(jù)紙帶測出滑塊做勻變速運動的加速度，再利用牛頓運動定律求動摩擦因數(shù)。改變了實驗目的，但用紙帶與打點計時器研究勻變速直線運動的方法是不變的，這是實驗的關鍵。教材中的基本實驗是創(chuàng)新之本，在備考復習中不應舍本求末，如果丟開教材中的一些基本實驗而一味地追求一些創(chuàng)新實驗，就會感到如空中樓閣，虛無縹緲。

2.4 注重物理思想方法的遷移與應用

將教材中的實驗原理和方法進行遷移，去設計實驗，測量并解決其他的物理問題，能很好的考查考生思維的靈活性、發(fā)散性與應用性，這是高考實驗題命題的一種思路與方法。

例3：(2019全國卷I第23題)某同學要將一量程為250 μA的微安表改裝為量程為20 mA的電流表。該同學測得微安表內(nèi)阻為1 200 Ω，經(jīng)計算后將一阻值為R的電阻與微安表連接，進行改裝。然后利用一標準毫安表，根據(jù)圖4所示電路對改裝后的電表進行檢測(虛線框內(nèi)是改裝后的電表)。

圖4 例3圖示

(1)根據(jù)圖4和題給條件，將圖5中的實物進行連接。

圖5 實物示意圖

(2)當標準毫安表的示數(shù)為16.0 mA時，微安表的指針位置如圖6所示，由此可以推測出改裝的電表量程不是預期值，而是________。(填正確答案標號)

圖6 微安表示意圖

A．18 mA B．21 mA

C．25 mA D．28 mA

(3)產(chǎn)生上述問題的原因可能是________。(填正確答案標號)

A．微安表內(nèi)阻測量錯誤，實際內(nèi)阻大于1200 Ω

B．微安表內(nèi)阻測量錯誤，實際內(nèi)阻小于1200 Ω

C．R值計算錯誤，接入的電阻偏小

D．R值計算錯誤，接入的電阻偏大

(4)要達到預期目的，無論測得的內(nèi)阻值是否正確，都不必重新測量，只需要將阻值為R的電阻換為一個阻值為kR的電阻即可，其中k=______。

解析：(1)如圖7所示。

圖7 實物連接圖

評析：本實驗考查電表的改裝、校對及誤差分析，同時還考查了電表的讀數(shù)與電路的實物連接，這是用等效法測電阻實驗方法的遷移與歐姆定律、電路串、并聯(lián)規(guī)律的應用。實驗中發(fā)現(xiàn)改裝表量程的實際值與預期值有偏差，用已學過的知識進行誤差分析，體現(xiàn)了知識的應用能力。

2.5 注重實驗問題的引伸與探究

對問題的引伸與探究，能擴大和鞏固研究成果，使問題的研究向更深入發(fā)展，能很好地體現(xiàn)出新課程課堂探究式的學習要求。

例4：(2019全國卷Ⅱ第23題)某小組利用圖8所示的電路，研究硅二極管在恒定電流條件下的正向電壓U與溫度t的關系，圖中V1和V2為理想電壓表；R為滑動變阻器，R0為定值電阻(阻值100 Ω)；S為開關，E為電源。實驗中二極管置于控溫爐內(nèi)，控溫爐內(nèi)的溫度t由溫度計(圖中未畫出)測出。圖9是該小組在恒定電流為50.0 μA時得到的某硅二極管U-t關系曲線。回答下列問題：

圖8 例4圖示

圖9 U-t圖像

(1)實驗中，為保證流過二極管的電流為50.0 μA，應調節(jié)滑動變阻器R，使電壓表V1的示數(shù)為U1=______mV；根據(jù)圖9可知，當控溫爐內(nèi)的溫度t升高時，硅二極管正向電阻______(填“變大”或“變小”)，電壓表V1示數(shù)________(填“增大”或“減小”)，此時應將R的滑片向________(填“A”或“B”)端移動，以使V1示數(shù)仍為U1。

答案：(1)5，變小，增大，B；(2)2.8。

評析：本題考查在恒定電流條件下研究硅二極管的正向電壓與溫度的關系，將并實驗結論引伸探究，將硅二極管可以作為測溫傳感器，并對測溫傳感器的靈敏度進行了分析與計算。通過發(fā)散思維、質疑問題，有利于提高學生的科學思維能力與科學探究能力。

注重實驗數(shù)據(jù)的分析與處理，能用適當?shù)姆椒ǚ治雠c處理實驗數(shù)據(jù)，不僅是一種基本實驗技能，也是靈活利用數(shù)學工具處理物理問題的一個重要表現(xiàn)方面，在2019全國卷中的每道實驗題中都有考查。

3 備考啟示

3.1 立足教材中的基本實驗

重視課本中的實驗，熟練掌握實驗原理、實驗儀器的使用及實驗思想與方法，重視基本儀器的使用方法和讀數(shù)規(guī)則等實驗技能，加強對實驗數(shù)據(jù)的分析與處理能力的訓練，主要表現(xiàn)在以下3個方面：分析推理、數(shù)據(jù)分析與處理方法、誤差分析。

3.2 實驗中體現(xiàn)研究性學習

在實驗備考復習中根據(jù)教材內(nèi)容和學生實驗中的方法，選好課題，在實驗中進行研究性學習，寫出實驗研究方案，實驗器材的選取，實驗研究過程，數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析，對實驗方案的優(yōu)點與不足之處的評估、實驗誤差分析等，培養(yǎng)創(chuàng)新精神和實驗能力。

3.3 重視實驗的設計與創(chuàng)新

重視對實驗的思想方法及原理的深刻理解和熟練掌握，重視設計性實驗方法的培養(yǎng)，注重用學過的物理知識、物理規(guī)律作為理論依據(jù)，進行實驗設計與創(chuàng)新。創(chuàng)新實驗表現(xiàn)在：①對基本實驗的實驗原理與測量器材、測量手段的改進；②將基本實驗進行組合，實現(xiàn)一個裝置多用；③用已有的知識與方法設計實驗解決新的問題。

3.4 加強實驗綜合度與信息量

加強實驗綜合訓練，即重視實驗練習、重視新情境的實驗訓練、加強實驗信息的收集與處理，強調基本實驗技能的動手落實．在動手中關注實驗細節(jié)、拓展實驗能力。

總之，高考物理實驗備考復習要在熟練掌握基本器材使用、實驗原理、實驗步驟、數(shù)據(jù)處理以及誤差分析的同時，應著力領悟實驗的設計思想、所運用的科學方法、規(guī)范的操作程序，并從實際出發(fā)做合理的變通和創(chuàng)新改進，通過改變實驗目的和要求、實驗控制的條件、實驗儀器等方法，以培養(yǎng)學生運用實驗的思想方法和設計創(chuàng)新實驗的能力。