題在書外 理在書中

隨著素質(zhì)教育和課程改革的推進(jìn)，高考命題越來越注重對(duì)學(xué)生能力的考查。尤其在實(shí)驗(yàn)題的設(shè)計(jì)上，越來越靈活?？v觀近幾年全國各地高考試題，頻現(xiàn)一類新題型——探究性實(shí)驗(yàn)題。這類探究性實(shí)驗(yàn)，突破了教材實(shí)驗(yàn)的局限，卻又充分體現(xiàn)了“題在書外，理在書中”的命題取向，不偏不怪，有效地考查了學(xué)生知識(shí)和方法的遷移與應(yīng)用的靈活性，不失為考查學(xué)生能力的好題。筆者收集了2008年全國各地高考中探究性實(shí)驗(yàn)試題近十道，由于篇幅所限，試以兩例評(píng)析之。

例1 （重慶卷第22題）請(qǐng)?jiān)诖痤}卡上作答）（17分）（1）某實(shí)驗(yàn)小組擬用如題22圖1所示裝置研究滑塊的運(yùn)動(dòng).實(shí)驗(yàn)器材有滑塊、鉤碼、紙帶、米尺、帶滑輪的木板，以及由漏斗和細(xì)線組成的單擺等.實(shí)驗(yàn)中，滑塊在鉤碼作用下拖動(dòng)紙帶做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，同時(shí)單擺垂直于紙帶運(yùn)動(dòng)方向擺動(dòng)，漏斗漏出的有色液體在紙帶帶下留下的痕跡記錄了漏斗在不同時(shí)刻的位置。

①在題22圖2中，從_____紙帶可看出滑塊的加速度和速度方向一致。

②用該方法測(cè)量滑塊加速度的誤差主要來源有：_____、_____（寫出2個(gè)即可）。



（2）某研究性學(xué)習(xí)小組設(shè)計(jì)了題22圖3所示的電路，用來研究稀鹽水溶液的電阻率與濃度的關(guān)系。圖中E為直流電源，K為開關(guān)，K1為單刀雙擲開關(guān)，V為電壓表，A為多量程電流表，R為滑動(dòng)變阻器，Rx為待測(cè)稀鹽水溶液液柱。

①實(shí)驗(yàn)時(shí)，閉合K之前將R的滑片P置于____（填“C”或“D”）端；當(dāng)用電流表外接法測(cè)量Rx的阻值時(shí)，K1應(yīng)置于位置____ （填“1”或“2”）。



②在一定條件下，用電流表內(nèi)、外接法得到Rx的電阻率隨濃度變化的兩條曲線如題22圖4所示（不計(jì)由于通電導(dǎo)致的化學(xué)變化）。實(shí)驗(yàn)中Rx的通電面積為20cm2，長(zhǎng)度為20cm，用內(nèi)接法測(cè)量Rx的阻值是3500Ω，則其電阻率為_____Ω#8226;m，由圖中對(duì)應(yīng)曲線_____（填“1”或“2”）可得此時(shí)溶液濃度約為____%（結(jié)果保留2位有效數(shù)字）。

答案 （1）①B ②擺長(zhǎng)測(cè)量、漏斗重心變化、液體痕跡偏粗、阻力變化等（2）① D， 1② 35， 1

解析 本題設(shè)計(jì)了兩個(gè)探究實(shí)驗(yàn)，看起來均不是教材上的現(xiàn)成實(shí)驗(yàn)。但只要仔細(xì)審題，究其實(shí)質(zhì)，不難看出：

第一個(gè)實(shí)驗(yàn)的原型即為“用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)”，只是把計(jì)時(shí)工具“打點(diǎn)計(jì)時(shí)器”換成了“擺鐘”（單擺），利用單擺的等時(shí)性等效代替打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的作用?？辞辶祟}目的實(shí)質(zhì)，問題也就迎刃而解：三條紙帶中，只有B紙帶顯示在單擺擺動(dòng)相等的周期內(nèi)，紙帶運(yùn)動(dòng)的位移在增大，說明紙帶在作加速運(yùn)動(dòng)，即“滑塊的加速度和速度方向一致”；根據(jù)加速度的測(cè)量原理，要測(cè)量加速度，需要“等時(shí)間間隔即單擺周期”與“相應(yīng)位移”的測(cè)量，誤差自然來自這兩方面：第一，單擺周期的影響因素——擺長(zhǎng)的測(cè)量誤差、漏斗重心變化引起的擺長(zhǎng)變化等；第二，對(duì)位移測(cè)量的影響因素--液體痕跡偏粗、測(cè)量工具精度不夠、阻力變化引起的位移變化等。

第二個(gè)實(shí)驗(yàn)，從題面看起來是探究“稀鹽水溶液的電阻率與濃度的關(guān)系”，實(shí)際考查的就是電阻率測(cè)量這個(gè)實(shí)驗(yàn)，再進(jìn)一步看，核心是考查“伏安法測(cè)電阻”。對(duì)于“伏安法測(cè)電阻”，大家就很熟悉了：不外要弄清楚兩個(gè)基本問題，一是變阻器的分壓或是限流接法的選擇原理，二是安培表的內(nèi)接或是外接的選擇與誤差分析。本探究實(shí)驗(yàn)選擇了變阻器的分壓接法，閉合K之前，應(yīng)將R的滑片位置置于D端，這樣可保證電表的安全。用電流表外接法測(cè)電阻時(shí)，K應(yīng)置于1位置。根據(jù)電阻定律得：R=ρ得：ρ=Rsl=35Ω#8226;m。內(nèi)接法使得電阻測(cè)量值偏大，對(duì)應(yīng)的電阻率也偏大，所以對(duì)應(yīng)曲線為1.由測(cè)量得電阻率和圖象可得溶液濃度約為0.011——0.014之間。

點(diǎn)評(píng) 本題設(shè)計(jì)的巧妙之處在于“其源于教材而又高于教材”的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和新穎的問題切入角度。第一個(gè)實(shí)驗(yàn)是把學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)“測(cè)勻變速直線運(yùn)動(dòng)的加速度”和演示實(shí)驗(yàn)“單擺振動(dòng)圖像的描繪”進(jìn)行了有機(jī)結(jié)合；第二個(gè)實(shí)驗(yàn)題把函數(shù)圖像選擇與“安培表內(nèi)接或外接”誤差分析進(jìn)行了間接聯(lián)系，有效避免了學(xué)生的死記硬背，對(duì)導(dǎo)向?qū)W生注重學(xué)習(xí)知識(shí)的靈活性具有重要的意義。

例2 （上海卷第19題）（10分）如圖所示是探究通電螺線管A內(nèi)部磁感應(yīng)強(qiáng)度B及其與電流I關(guān)系的實(shí)驗(yàn)裝置。將截面積為S、匝數(shù)為N的小試測(cè)線圈P置于螺線管A中間，試測(cè)線圈平面與螺線管的軸線垂直，可認(rèn)為穿過該試測(cè)線圈的磁場(chǎng)均勻。將試測(cè)線圈引線的兩端與沖擊電流計(jì)D相連。撥動(dòng)雙刀雙擲換向開關(guān)K，改變通入螺線管的電流方向，而不改變電流大小，在P中產(chǎn)生的感應(yīng)電流引起D的指針偏轉(zhuǎn)。

（1）將開關(guān)合到位置1，待螺線管A中的電流穩(wěn)定后，再將K從位置1撥到位置2，測(cè)得D的最大偏轉(zhuǎn)距離為dm，已知沖擊電流計(jì)的磁通靈敏度為Dφ， Dφ＝dmNΔ ，式中Δ為單匝試測(cè)線圈磁通量的變化量。則試測(cè)線圈所在處磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝___；若將K從位置1撥到位置2的過程所用的時(shí)間為Δt，則試測(cè)線圈P中產(chǎn)生的平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)ε＝_____。



（2）調(diào)節(jié)可變電阻R，多次改變電流并撥動(dòng)K，得到A中電流I和磁感應(yīng)強(qiáng)度B的數(shù)據(jù)，見右表。由此可得，螺線管A內(nèi)部在感應(yīng)強(qiáng)度B和電流I的關(guān)系為B＝______。

實(shí)驗(yàn)次數(shù)I（A）B（×10－3T）

10.50.62

21.01.25

31.51.88

42.02.51

52.53.12

（3）（多選題）為了減小實(shí)驗(yàn)誤差，提高測(cè)量的準(zhǔn)確性，可采取的措施有

（A）適當(dāng)增加試測(cè)線圈的匝數(shù)N

（B）適當(dāng)增大試測(cè)線圈的橫截面積S

（C）適當(dāng)增大可變電阻R的阻值

（D）適當(dāng)撥長(zhǎng)撥動(dòng)開關(guān)的時(shí)間Δt

答案：（1）dm2NDS，dmDΔt

（2）0.00125I（或kI）（3）A，B

解析 本題所設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)在教材上找不到原型，而且使用了令學(xué)生感到陌生的一種測(cè)量?jī)x器--沖擊電流計(jì)，可能會(huì)讓學(xué)生有畏懼感。其實(shí)，要作答本題所設(shè)問題，并不需要深入了解沖擊電流計(jì)的構(gòu)造及工作原理，也不需要對(duì)題目涉及的“磁通靈敏度”等新概念有準(zhǔn)確的理解，只需要根據(jù)題目所給信息，知道沖擊電流計(jì)最大偏轉(zhuǎn)距離與測(cè)試線圈中感應(yīng)電流大小相關(guān)。那么就會(huì)明白，第一小問，很明顯考查的是法拉第電磁感應(yīng)定律ε＝NΔφ/Δt：因發(fā)生磁通量變化的原因是改變電流方向，即通電螺線管的磁場(chǎng)方向發(fā)生180°變化，磁通量變化量Δφ=2BS，代入題目所給公式Dφ＝dmNΔ計(jì)算得B=dm2NDS，由法拉第電磁感應(yīng)定律可知電動(dòng)勢(shì)的平均值ε＝dmDΔt。

第二小問，是一個(gè)很常規(guī)的根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)尋找自變量與因變量的關(guān)系的題目，其正比關(guān)系比較明顯。比例常數(shù)約為0.00125，故B=kI（或0.00125I）

第三小問，是有關(guān)實(shí)驗(yàn)誤差分析的。一般而言，當(dāng)實(shí)驗(yàn)原理和測(cè)量工具一定的情況下，盡量增大測(cè)量值，可減小實(shí)驗(yàn)的相對(duì)誤差。因此為了得到平均電動(dòng)勢(shì)的準(zhǔn)確值，時(shí)間要盡量小，由B的計(jì)算值可看出，dm與N和S成正比，故選擇A、B。

點(diǎn)評(píng) 本題的設(shè)計(jì)體現(xiàn)的是“高起點(diǎn)，低落點(diǎn)”。實(shí)驗(yàn)是新的，使用的儀器也是新的，還有很多相關(guān)新信息，但考查的內(nèi)容是基本的。與“信息題”相似，解決這類題的關(guān)鍵是“充分挖掘、篩選題目所給有用信息。并盡快與自己原有知識(shí)正確鏈接?！豹?/p>

綜上兩例，大家可以初步體會(huì)，“探究性實(shí)驗(yàn)題”作為一類考查能力的新型題目，其內(nèi)容形式可能有不同，但其命題出發(fā)點(diǎn)是相同的，即“立足于考查學(xué)生綜合分析和綜合應(yīng)用的能力，避免死記硬背”。這也正是素質(zhì)教育的要求，高考改革的方向！因此，“探究性實(shí)驗(yàn)題”必將成為各地高考試題的重要組成部分，并逐步加大比重。對(duì)此，早研究，早準(zhǔn)備，一定會(huì)獲益匪淺。筆者拙見，在此拋磚引玉了！

以下試題供賞析：

1．（廣東卷第15題）（11分）某實(shí)驗(yàn)小組探究一種熱敏電阻的溫度特性?，F(xiàn)在器材：直流恒流電源（在正常工作狀態(tài)下輸出的電流恒定）、電壓表，待測(cè)熱敏電阻、保溫容器、溫度計(jì)、開關(guān)和導(dǎo)線等。

(1)若用上述器材測(cè)量熱敏電阻的阻的隨溫度變化的特性，請(qǐng)你在圖9的實(shí)物圖上連線。



（2）實(shí)驗(yàn)的主要步驟：

①正確連接電路，在保溫容器中注入適量冷水，接通電源，調(diào)節(jié)并記錄電源輸出的電流值；②在保溫容器中添加少量熱水，待溫度穩(wěn)定后，閉合開關(guān)，_______，_______，斷開開關(guān)；

③重復(fù)第②步操作若干次，測(cè)得多組數(shù)據(jù)。

（3）實(shí)驗(yàn)小組算得該熱敏電阻在不同溫度下的阻值，并據(jù)此繪得圖10的R-t關(guān)系圖線，請(qǐng)根據(jù)圖線寫出該熱敏電阻的R-t關(guān)系式：R=____+t(Ω)（保留3位有效數(shù)字）

答案：(1）圖略

（2）記錄電壓表電壓值、溫度計(jì)數(shù)值

（3）R=100+0.395t

2.（廣東卷第16題）（13分）某實(shí)驗(yàn)小組采用圖11所示的裝置探究“動(dòng)能定理”，圖中小車中可放置砝碼，實(shí)驗(yàn)中，小車碰到制動(dòng)裝置時(shí)，鉤碼尚未到達(dá)地面，打點(diǎn)針時(shí)器工作頻率為50Hz。



（1）實(shí)驗(yàn)的部分步驟如下：

①在小車中放入砝碼，把紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，連在小車后端，用細(xì)線連接小車和鉤碼；

②將小車停在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器附近，_____，_____，小車拖動(dòng)紙帶，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打下一列點(diǎn)；

③改變鉤碼或小車中砝碼的數(shù)量，更換紙帶，重復(fù)②的操作。

（2）圖12是鉤碼質(zhì)量為0.03kg，砝碼質(zhì)量為0.02kg時(shí)得到的一條紙帶，在紙帶上選擇起始點(diǎn)0及A、B、C、D和E五個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，可獲得各計(jì)數(shù)點(diǎn)到0的距離5及對(duì)應(yīng)時(shí)刻小車的瞬時(shí)速度v，請(qǐng)將C點(diǎn)的測(cè)量結(jié)果填在表1中的相應(yīng)位置。



（3）在上車的運(yùn)動(dòng)過程中，對(duì)于鉤碼、砝碼和小車組成的系統(tǒng)，______做正功，______做負(fù)功。

（4）實(shí)驗(yàn)小組根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪出了圖13中的圖線（其中Δv2=v2-v20），根據(jù)圖線可獲得的結(jié)論是__________。要驗(yàn)證“動(dòng)能定理”，還需要測(cè)量的物理量是摩擦力是_______。

表1 紙帶的測(cè)量結(jié)果

測(cè)量點(diǎn)S/cmr/(m#8226;s-1)

00.000.35

A1.510.40

B3.200.45

C

D7.150.54

E9.410.60



答案 （1）②接通電源、釋放小車斷開開關(guān)

（2）5．060．49（3）鉤砝的重力小車受摩擦阻力

（4）小車初末速度的平方差與位移成正比 小車的質(zhì)量

3．（全國卷第22題）Ⅰ.（6分）如圖所示，兩個(gè)質(zhì)量各為m1和m2的小物塊A和B，分別系在一條跨過定滑輪的軟繩兩端，已知m1＞m2，現(xiàn)要利用此裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。

（1）若選定物塊A從靜止開始下落的過程進(jìn)行測(cè)量，則需要測(cè)量的物理量有_____（在答題卡上對(duì)應(yīng)區(qū)域填入選項(xiàng)前的編號(hào)）

①物塊的質(zhì)量m1、m2；

②物塊A下落的距離及下落這段距離所用的時(shí)間；

③物塊B上升的距離及上升這段距離所用的時(shí)間；

④繩子的長(zhǎng)度。

（2）為提高實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確程度，某小組同學(xué)對(duì)此實(shí)驗(yàn)提出以下建議：

①繩的質(zhì)量要輕：

②在“輕質(zhì)繩”的前提下，繩子越長(zhǎng)越好；

③盡量保證物塊只沿豎直方向運(yùn)動(dòng)，不要搖晃；

④兩個(gè)物塊的質(zhì)量之差要盡可能小。

以上建議中確實(shí)對(duì)提高準(zhǔn)確程度有作用的是_____。（在答題卡上對(duì)應(yīng)區(qū)域填入選項(xiàng)前的編號(hào)）

（3）寫出一條上面沒有提到的提高實(shí)驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確程度有益的建議：

答案 (1) ①②或①③；（2）①③；（3）例如：“對(duì)同一高度進(jìn)行多次測(cè)量取平均值”，“選取受力后相對(duì)伸長(zhǎng)盡量小的繩子”等等

4.（上海卷第18題）（6分）某同學(xué)利用圖（a）所示的電路研究燈泡L1（6V，1.5W）、L2（6V，10W）的發(fā)光情況（假設(shè)燈泡電阻恒定），圖（b）為實(shí)物圖。

（1）他分別將L1、L2接入圖（a）中的虛線框位置，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片P，當(dāng)電壓表示數(shù)為6V時(shí)，發(fā)現(xiàn)燈泡均能正常發(fā)光。在圖（b）中用筆線代替導(dǎo)線將電路連線補(bǔ)充完整。

（2）接著他將L1和L2串聯(lián)后接入圖（a）中的虛線框位置，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片P，當(dāng)電壓表示數(shù)為6V時(shí)，發(fā)現(xiàn)其中一個(gè)燈泡亮而另一個(gè)燈泡不亮，出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因是__________。



現(xiàn)有如下器材：電源E（6V，內(nèi)阻不計(jì)），燈泡L1（6V，1.5W）、L2（6V，10W），L2（6V，10W），

單刀雙擲開關(guān)S。在圖（c）中設(shè)計(jì)一個(gè)機(jī)動(dòng)車轉(zhuǎn)向燈的控制電路：當(dāng)單刀雙擲開關(guān)S與1相接時(shí)，信號(hào)燈L1亮，右轉(zhuǎn)向燈L2亮而左轉(zhuǎn)向燈L3不亮；當(dāng)單刀雙擲開關(guān)S與2相接時(shí)，信號(hào)燈L1亮，左轉(zhuǎn)向燈L3亮而右轉(zhuǎn)向燈L2不亮。

答案 （1）如圖b

（2）由于RL2比RL1小得多，燈泡L2分得的電壓很小，雖然有電流渡過，但功率很小，不能發(fā)光。

（3）如圖c