2019年高考全國(guó)卷物理實(shí)驗(yàn)特點(diǎn)評(píng)析與備考啟示

許 文

華中科技大學(xué)附屬中學(xué) (430074)

2019年高考全國(guó)卷物理實(shí)驗(yàn)注重實(shí)驗(yàn)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(xué)與電學(xué)基本實(shí)驗(yàn)及拓展，而且在選考模塊中也考查實(shí)驗(yàn)的基本技能與實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用能力。通過(guò)實(shí)驗(yàn)突出了對(duì)學(xué)生物理核心素養(yǎng)的考查，為今后的物理高考實(shí)驗(yàn)提供了一定的指導(dǎo)作用。本文解析2019年高考物理實(shí)驗(yàn)試題特點(diǎn)，探討2020年高考物理實(shí)驗(yàn)備考策略。

1 試題概述

全國(guó)卷高考物理實(shí)驗(yàn)部分試題見(jiàn)表1。

表1 全國(guó)卷高考物理實(shí)驗(yàn)試題

從表1中我們可以看出，全國(guó)卷高考物理實(shí)驗(yàn)題型多樣，內(nèi)容廣闊，考法靈活，主要考查實(shí)驗(yàn)的基本技能、知識(shí)的應(yīng)用與拓展能力及學(xué)生的物理實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)。

2 試題特點(diǎn)

2.1 注重基本儀器的使用與讀數(shù)

2019年全國(guó)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(diǎn)計(jì)時(shí)器的使用及紙帶的測(cè)量與計(jì)算；卷Ⅱ第23題與卷Ⅲ的第23題均考查了滑動(dòng)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(gòu)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(shuō)明中要求考生熟練掌握的儀器有刻度尺、游標(biāo)卡尺、螺旋測(cè)微器、天平、秒表、電火花計(jì)時(shí)器或電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、彈簧秤、溫度計(jì)、電流表、電壓表、多用電表、滑動(dòng)變阻器、電阻箱等。此外，在備考復(fù)習(xí)中既要熟練掌握基本的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)器材的使用，還要了解DIS等實(shí)驗(yàn)器材的使用。

2.2 注重實(shí)驗(yàn)原理的理解與分析

理解實(shí)驗(yàn)原理是進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、方案評(píng)估、控制條件、測(cè)量分析的前提，也是用實(shí)驗(yàn)手段進(jìn)行分析和解決問(wèn)題的關(guān)鍵。

例1：(2019全國(guó)卷Ⅱ第33題)某同學(xué)利用圖1所示裝置測(cè)量某種單色光的波長(zhǎng)。實(shí)驗(yàn)時(shí)，接通電源使光源正常發(fā)光：調(diào)整光路，使得從目鏡中可以觀察到干涉條紋?；卮鹣铝袉?wèn)題：

圖1

(1)若想增加從目鏡中觀察到的條紋個(gè)數(shù)，該同學(xué)可________。

A．將單縫向雙縫靠近

B．將屏向靠近雙縫的方向移動(dòng)

C．將屏向遠(yuǎn)離雙縫的方向移動(dòng)

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(cè)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(zhǎng)λ =________。

(3)某次測(cè)量時(shí)，選用的雙縫間距為0.300 mm，測(cè)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(cè)單色光的波長(zhǎng)為_(kāi)_______nm(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)。

≈6.30×10-7m=630 nm

2.3 注重基本實(shí)驗(yàn)的變化與創(chuàng)新

教材中與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器相關(guān)的實(shí)驗(yàn)如研究勻速直線運(yùn)動(dòng)、探究加速度與力、質(zhì)量間的關(guān)系、探究做功與動(dòng)能變化的關(guān)系、驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律等是一些基本的實(shí)驗(yàn)，對(duì)這些基本實(shí)驗(yàn)進(jìn)行創(chuàng)新與變化，可以拓展為測(cè)動(dòng)摩擦因數(shù)、測(cè)重力加速度等。

例2：(2019全國(guó)卷Ⅱ第22題)如圖2所示，某同學(xué)設(shè)計(jì)了測(cè)量鐵塊與木板間動(dòng)摩擦因數(shù)的實(shí)驗(yàn)。所用器材有：鐵架臺(tái)、長(zhǎng)木板、鐵塊、米尺、電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、頻率50 Hz的交流電源、紙帶等。回答下列問(wèn)題：

圖2 例2圖示

(1)鐵塊與木板間動(dòng)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(shí)驗(yàn)時(shí)，調(diào)整木板與水平面的夾角θ=30°。接通電源。開(kāi)啟打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，釋放鐵塊，鐵塊從靜止開(kāi)始沿木板滑下。多次重復(fù)后選擇點(diǎn)跡清晰的一條紙帶如圖3所示，圖中的點(diǎn)為計(jì)數(shù)點(diǎn)(每?jī)蓚€(gè)相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)點(diǎn)未畫(huà)出)。重力加速度g=9.8 m/s2?？梢杂?jì)算出鐵塊與木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)為_(kāi)_________(結(jié)果保留2位小數(shù))。

圖3 紙帶

解析：(1)設(shè)鐵塊的質(zhì)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(píng)析：本題是教材中的用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)這一基本實(shí)驗(yàn)的變化與創(chuàng)新，根據(jù)紙帶計(jì)算加速度采用逐差法。本實(shí)驗(yàn)的變化與創(chuàng)新之處在于根據(jù)紙帶測(cè)出滑塊做勻變速運(yùn)動(dòng)的加速度，再利用牛頓運(yùn)動(dòng)定律求動(dòng)摩擦因數(shù)。改變了實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，但用紙帶與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)的方法是不變的，這是實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵。教材中的基本實(shí)驗(yàn)是創(chuàng)新之本，在備考復(fù)習(xí)中不應(yīng)舍本求末，如果丟開(kāi)教材中的一些基本實(shí)驗(yàn)而一味地追求一些創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，就會(huì)感到如空中樓閣，虛無(wú)縹緲。

2.4 注重物理思想方法的遷移與應(yīng)用

將教材中的實(shí)驗(yàn)原理和方法進(jìn)行遷移，去設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，測(cè)量并解決其他的物理問(wèn)題，能很好的考查考生思維的靈活性、發(fā)散性與應(yīng)用性，這是高考實(shí)驗(yàn)題命題的一種思路與方法。

例3：(2019全國(guó)卷I第23題)某同學(xué)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(xué)測(cè)得微安表內(nèi)阻為1 200 Ω，經(jīng)計(jì)算后將一阻值為R的電阻與微安表連接，進(jìn)行改裝。然后利用一標(biāo)準(zhǔn)毫安表，根據(jù)圖4所示電路對(duì)改裝后的電表進(jìn)行檢測(cè)(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(shí)物進(jìn)行連接。

圖5 實(shí)物示意圖

(2)當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)毫安表的示數(shù)為16.0 mA時(shí)，微安表的指針位置如圖6所示，由此可以推測(cè)出改裝的電表量程不是預(yù)期值，而是________。(填正確答案標(biāo)號(hào))

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(wèn)題的原因可能是________。(填正確答案標(biāo)號(hào))

A．微安表內(nèi)阻測(cè)量錯(cuò)誤，實(shí)際內(nèi)阻大于1200 Ω

B．微安表內(nèi)阻測(cè)量錯(cuò)誤，實(shí)際內(nèi)阻小于1200 Ω

C．R值計(jì)算錯(cuò)誤，接入的電阻偏小

D．R值計(jì)算錯(cuò)誤，接入的電阻偏大

(4)要達(dá)到預(yù)期目的，無(wú)論測(cè)得的內(nèi)阻值是否正確，都不必重新測(cè)量，只需要將阻值為R的電阻換為一個(gè)阻值為kR的電阻即可，其中k=______。

解析：(1)如圖7所示。

圖7 實(shí)物連接圖

評(píng)析：本實(shí)驗(yàn)考查電表的改裝、校對(duì)及誤差分析，同時(shí)還考查了電表的讀數(shù)與電路的實(shí)物連接，這是用等效法測(cè)電阻實(shí)驗(yàn)方法的遷移與歐姆定律、電路串、并聯(lián)規(guī)律的應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)改裝表量程的實(shí)際值與預(yù)期值有偏差，用已學(xué)過(guò)的知識(shí)進(jìn)行誤差分析，體現(xiàn)了知識(shí)的應(yīng)用能力。

2.5 注重實(shí)驗(yàn)問(wèn)題的引伸與探究

對(duì)問(wèn)題的引伸與探究，能擴(kuò)大和鞏固研究成果，使問(wèn)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(xué)習(xí)要求。

例4：(2019全國(guó)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(guān)系，圖中V1和V2為理想電壓表；R為滑動(dòng)變阻器，R0為定值電阻(阻值100 Ω)；S為開(kāi)關(guān)，E為電源。實(shí)驗(yàn)中二極管置于控溫爐內(nèi)，控溫爐內(nèi)的溫度t由溫度計(jì)(圖中未畫(huà)出)測(cè)出。圖9是該小組在恒定電流為50.0 μA時(shí)得到的某硅二極管U-t關(guān)系曲線?；卮鹣铝袉?wèn)題：

圖8 例4圖示

圖9 U-t圖像

(1)實(shí)驗(yàn)中，為保證流過(guò)二極管的電流為50.0 μA，應(yīng)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器R，使電壓表V1的示數(shù)為U1=______mV；根據(jù)圖9可知，當(dāng)控溫爐內(nèi)的溫度t升高時(shí)，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(shí)應(yīng)將R的滑片向________(填“A”或“B”)端移動(dòng)，以使V1示數(shù)仍為U1。

答案：(1)5，變小，增大，B；(2)2.8。

評(píng)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(guān)系，將并實(shí)驗(yàn)結(jié)論引伸探究，將硅二極管可以作為測(cè)溫傳感器，并對(duì)測(cè)溫傳感器的靈敏度進(jìn)行了分析與計(jì)算。通過(guò)發(fā)散思維、質(zhì)疑問(wèn)題，有利于提高學(xué)生的科學(xué)思維能力與科學(xué)探究能力。

注重實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析與處理，能用適當(dāng)?shù)姆椒ǚ治雠c處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，不僅是一種基本實(shí)驗(yàn)技能，也是靈活利用數(shù)學(xué)工具處理物理問(wèn)題的一個(gè)重要表現(xiàn)方面，在2019全國(guó)卷中的每道實(shí)驗(yàn)題中都有考查。

3 備考啟示

3.1 立足教材中的基本實(shí)驗(yàn)

重視課本中的實(shí)驗(yàn)，熟練掌握實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)儀器的使用及實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)技能，加強(qiáng)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析與處理能力的訓(xùn)練，主要表現(xiàn)在以下3個(gè)方面：分析推理、數(shù)據(jù)分析與處理方法、誤差分析。

3.2 實(shí)驗(yàn)中體現(xiàn)研究性學(xué)習(xí)

在實(shí)驗(yàn)備考復(fù)習(xí)中根據(jù)教材內(nèi)容和學(xué)生實(shí)驗(yàn)中的方法，選好課題，在實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行研究性學(xué)習(xí)，寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)研究方案，實(shí)驗(yàn)器材的選取，實(shí)驗(yàn)研究過(guò)程，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析，對(duì)實(shí)驗(yàn)方案的優(yōu)點(diǎn)與不足之處的評(píng)估、實(shí)驗(yàn)誤差分析等，培養(yǎng)創(chuàng)新精神和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α?/p>

3.3 重視實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與創(chuàng)新

重視對(duì)實(shí)驗(yàn)的思想方法及原理的深刻理解和熟練掌握，重視設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)方法的培養(yǎng)，注重用學(xué)過(guò)的物理知識(shí)、物理規(guī)律作為理論依據(jù)，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新。創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)表現(xiàn)在：①對(duì)基本實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)原理與測(cè)量器材、測(cè)量手段的改進(jìn)；②將基本實(shí)驗(yàn)進(jìn)行組合，實(shí)現(xiàn)一個(gè)裝置多用；③用已有的知識(shí)與方法設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)解決新的問(wèn)題。

3.4 加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)綜合度與信息量

加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)綜合訓(xùn)練，即重視實(shí)驗(yàn)練習(xí)、重視新情境的實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練、加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)信息的收集與處理，強(qiáng)調(diào)基本實(shí)驗(yàn)技能的動(dòng)手落實(shí)．在動(dòng)手中關(guān)注實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)、拓展實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α?/p>

總之，高考物理實(shí)驗(yàn)備考復(fù)習(xí)要在熟練掌握基本器材使用、實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)步驟、數(shù)據(jù)處理以及誤差分析的同時(shí)，應(yīng)著力領(lǐng)悟?qū)嶒?yàn)的設(shè)計(jì)思想、所運(yùn)用的科學(xué)方法、規(guī)范的操作程序，并從實(shí)際出發(fā)做合理的變通和創(chuàng)新改進(jìn)，通過(guò)改變實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵蟆?shí)驗(yàn)控制的條件、實(shí)驗(yàn)儀器等方法，以培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用實(shí)驗(yàn)的思想方法和設(shè)計(jì)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的能力。