2019年全國卷力學(xué)實驗題的分析及啟示

(福建省三明市第二中學(xué),福建 三明 365000)

高考物理命題的指導(dǎo)思想為：教材是依據(jù)，基礎(chǔ)是關(guān)鍵，能力是主導(dǎo)。2019年全國卷力學(xué)實驗題在學(xué)生熟悉的實驗基礎(chǔ)上進行創(chuàng)新和拓展，考查學(xué)生基本知識、實驗?zāi)芰σ约袄斫?、推理、遷移應(yīng)用等能力。筆者對該力學(xué)實驗題進行剖析，感悟命題思想，提出備考策略。

1 力學(xué)實驗題的分析及啟示

例1(全國Ⅰ卷)：某小組利用打點計時器對物塊沿傾斜的長木板加速下滑時的運動進行研究。物塊拖動紙帶下滑，打出的紙帶一部分如圖1所示。已知打點計時器所用交流電的頻率為50Hz，紙帶上標出的每兩個相鄰點之間還有4個打出的點未畫出。在ABCDE五個點中，打點計時器最先打出的是點，在打出C點時物塊的速度大小為m/s(保留3位有效數(shù)字)；物塊下滑的加速度大小為m/s2(保留2位有效數(shù)字)。

圖1

解析：本題考查學(xué)生利用紙帶記錄物塊運動的時間和位移，利用打點計時器，測物塊的瞬時速度和加速度；考查學(xué)生基本儀器的讀數(shù)、打點紙帶的應(yīng)用、分析和處理實驗數(shù)據(jù)的能力。

啟示：本題利用基礎(chǔ)實驗考查學(xué)生對紙帶的分析、數(shù)據(jù)采集與處理等能力。打點的紙帶記錄了物體運動的時間和空間信息，學(xué)生要會求勻變速直線運動的3類問題：各段位移、各點的瞬時速度、加速度。本題沒有復(fù)雜的背景，是學(xué)生熟悉的題型，考查學(xué)生對刻度尺的使用與讀數(shù)，利用中間時刻速度公式和逐差法進行數(shù)據(jù)處理、解決問題，教師在復(fù)習(xí)中不應(yīng)丟開教材中的基本實驗，一味追求創(chuàng)新實驗。

例2(全國Ⅱ卷)：如圖2所示，某同學(xué)設(shè)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50Hz的交流電源、紙帶等?；卮鹣铝袉栴}：

圖2

(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(diào)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(fù)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)。重力加速度為9.8m/s2。可以計算出鐵塊與木板間的動摩擦因數(shù)為(結(jié)果保留2位小數(shù))。

圖3

解析：本題考查學(xué)生利用牛頓第二定律求鐵塊與木板間的動摩擦因數(shù)μ，利用紙帶記錄鐵塊運動的時間和位移，求鐵塊運動的加速度，考查學(xué)生數(shù)據(jù)處理及公式推導(dǎo)的能力。

啟示：本題沒有復(fù)雜的背景，涉及的模型為學(xué)生所熟悉?？疾閷W(xué)生利用刻度尺測量長度，并進行正確讀數(shù)，用逐差法進行數(shù)據(jù)處理，求出加速度。教材中沒有測量動摩擦因數(shù)的實驗，在2013年全國Ⅰ卷、2015年全國Ⅱ卷中，已經(jīng)考查過利用牛頓第二定律間接求出動摩擦因數(shù)，2019年高考試題看似較新，其實是常規(guī)問題，考查載體不同，但考點卻相同，常規(guī)與創(chuàng)新并存是高考力學(xué)實驗題永恒不變的主題。

例3(全國Ⅲ卷)：甲、乙兩位同學(xué)設(shè)計了利用數(shù)碼相機的連拍功能測重力加速度的實驗。實驗中，甲同學(xué)負責(zé)釋放金屬小球，乙同學(xué)負責(zé)在小球自由下落的時候拍照。已知相機每間隔0.1s拍1幅照片。

(1) 若要從拍得的照片中獲取必要的信息，在此實驗中還必須使用的器材是。

A． 米尺 B． 秒表

C． 光電門 D． 天平

(2) 簡述你選擇的器材在本實驗中的使用方法。

(3) 實驗中兩同學(xué)由連續(xù)3幅照片上小球的位置a、b和c得到ab=24.5cm、ac=58.7cm，則該地的重力加速度大小為g=m/s2(保留2位有效數(shù)字)。

解析：命題者創(chuàng)設(shè)新情境，利用數(shù)碼相機的連拍功能記錄小球的運動時間和位移，測定重力加速度，體現(xiàn)了基礎(chǔ)實驗與創(chuàng)新相結(jié)合、知識與能力并舉的考查形態(tài)。

啟示：高考命題注重物理知識應(yīng)用于生活實際問題的解決，本題充分體現(xiàn)了“從生活走向物理，從物理走向社會”的課程理念。試題中呈現(xiàn)的模型也為學(xué)生所熟知，考查學(xué)生利用刻度尺測量長度，利用位移差公式進行數(shù)據(jù)處理、解決問題。教師在教學(xué)過程中，要將課內(nèi)知識與課外生活相融合，引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用物理知識，提高學(xué)生解決真實問題的能力。

2 力學(xué)實驗題備考策略

高中力學(xué)實驗試題可分為3種類型：探究型、驗證型、測量型。因力學(xué)實驗題涉及實驗原理的理解、實驗方法的確定、基本儀器的使用、實驗的操作、誤差的分析、數(shù)據(jù)的處理及結(jié)論的得出等，近幾年高考力學(xué)實驗題進行了創(chuàng)新設(shè)計，對學(xué)生實驗?zāi)芰μ岢隽烁咭?，教師在力學(xué)實驗備考復(fù)習(xí)中，在抓好基本實驗技能的同時，要進行歸納分類，預(yù)設(shè)創(chuàng)新點，加強對典型例題的分析，使實驗復(fù)習(xí)更有針對性，更有效果。

2.1 夯實基礎(chǔ)實驗，促進對實驗本質(zhì)的理解

高考考綱中7個力學(xué)實驗(如表1)是培養(yǎng)學(xué)生能力的重要載體，是物理高考實驗試題命制的重要內(nèi)容，教師在備考復(fù)習(xí)中，要夯實基礎(chǔ)，要求學(xué)生透徹理解實驗原理，引導(dǎo)學(xué)生從基礎(chǔ)實驗中提取、積累有價值的方法，提高學(xué)生的實驗探究能力。

表1

2019年全國卷中力學(xué)實驗題考查的是實驗基礎(chǔ)原理，在備考復(fù)習(xí)中教師要引導(dǎo)學(xué)生重視物理概念、規(guī)律的深度理解，只有讓學(xué)生把基礎(chǔ)題做細、做精，才能從容面對高考，收獲成功。

2.2 強化牛頓第二定律實驗復(fù)習(xí)

牛頓第二定律實驗是高中物理的重要實驗，是高考實驗的高頻考點，2012年全國大綱卷、2014年全國Ⅰ卷、2016年全國Ⅱ卷、2016年全國Ⅲ卷等均涉及牛頓第二定律實驗的考查。與牛頓第二定律相關(guān)試題在實驗設(shè)計、實驗條件的控制、數(shù)據(jù)處理等方面，會呈現(xiàn)不同的形式和情境，同時又涉及等效法、近似法、圖像法等科學(xué)方法，學(xué)生在做題目時常會無所適從，如：有的實驗不需要平衡阻力、砂桶的質(zhì)量不需要遠小于小車的質(zhì)量等，究其原因，是學(xué)生死記硬背一些結(jié)論，沒有理解實驗的本質(zhì)，需要教師引導(dǎo)，圍繞幾個關(guān)鍵問題，進行有針對性的復(fù)習(xí)，提升學(xué)生分析和解決問題的能力。

學(xué)生可以從牛頓第二定律實驗中獲得多種技能，如：設(shè)計思想、實驗原理和方法、操作能力、推理能力、數(shù)據(jù)處理能力、誤差分析能力等。教師在備考復(fù)習(xí)中要指導(dǎo)學(xué)生認真研究、領(lǐng)悟教材提供的實驗方案，積極思考和質(zhì)疑實驗中的關(guān)鍵問題，夯實基礎(chǔ)，加深對實驗的本質(zhì)理解，提升解題能力和物理學(xué)科核心素養(yǎng)。

2.3 加強實驗技能培養(yǎng)，提升學(xué)生解題能力

物理高考命題緊繞核心素養(yǎng)、能力立意進行設(shè)置，考查學(xué)生對物理概念和規(guī)律掌握情況，考查學(xué)生運用數(shù)學(xué)探尋物理量之間的函數(shù)關(guān)系的能力。教師要加強學(xué)生實驗遷移能力訓(xùn)練，在實踐中提升解題能力，讓學(xué)生逐步形成適應(yīng)個人終身發(fā)展的必備品格和關(guān)鍵能力。

2.4 重視力學(xué)實驗的拓展創(chuàng)新

物理高考試題取材于生活，對基礎(chǔ)實驗進行了拓展與創(chuàng)新，通過創(chuàng)設(shè)新情境、新條件、新要求，讓學(xué)生利用學(xué)過的物理理論、實驗方法解決新問題，讓學(xué)生體驗探究過程，開闊視野，提高分析問題的能力，有效培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

備考復(fù)習(xí)應(yīng)把握高考的脈搏，教師要指導(dǎo)學(xué)生掌握基礎(chǔ)實驗的原理、數(shù)據(jù)處理與誤差分析方法等，關(guān)注學(xué)生的分析推理與知識遷移能力，有意識培養(yǎng)學(xué)生從基礎(chǔ)實驗中提取、積累有價值的方法，強化學(xué)生靈活應(yīng)用理論知識，解答創(chuàng)新考題。