研究高考實驗試題 提升科學(xué)探究能力

程夢輝

摘要：本文總結(jié)了高考物理實驗試題的有機整合、適當(dāng)延伸、演變創(chuàng)新3種重要命題形式及對應(yīng)求解策略，期望對培養(yǎng)和提升學(xué)生的科學(xué)探究能力有所幫助。

關(guān)鍵詞：高考實驗試題? 科學(xué)探究能力? 有機整合

高考物理實驗試題不僅題型靈活，能很好地考查學(xué)生的多種實驗技能，而且這類試題往往源于課本而又適當(dāng)高于課本，能突出考查學(xué)生的科學(xué)探究能力，為此，廣大教師必須認真研究高考物理實驗試題，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注近年高考物理實驗試題，持續(xù)培養(yǎng)和提高學(xué)生的科學(xué)探究能力。研究發(fā)現(xiàn)，近年高考中突出考查學(xué)生科學(xué)探究能力的物理實驗試題主要有三種類型，本文將總結(jié)這三類實驗試題的命題特點及解答策略，供物理同行參考。

一、有機整合物理實驗

此類實驗試題的基本特點是將教材中的幾個（多為兩個實驗）物理實驗（包括教師演示實驗和學(xué)生分組實驗）有機結(jié)合起來（如：驗證牛頓第二定律實驗與探究動能定理實驗相結(jié)合、電表改裝實驗與測電阻實驗相結(jié)合、測電阻率實驗與傳感器的簡單應(yīng)用實驗相結(jié)合等）。

這類試題貌似新穎實為常規(guī)。對這類實驗試題的求解，我們應(yīng)當(dāng)善于通過對試題的分析，學(xué)會化大為小，將一個完整的實驗問題分割成若干個常規(guī)的小實驗問題，再按照實驗的基本技能各個擊破、分步解答，以實現(xiàn)問題的順利求解。

教師在物理教學(xué)中，應(yīng)當(dāng)根據(jù)教學(xué)實際，適時編制物理實驗組合試題。通過分析求解物理實驗組合試題，學(xué)生不僅能有效比較不同實驗之間的相似與區(qū)別之處，從而加深理解和掌握物理規(guī)律，同時還能不斷培養(yǎng)和提高學(xué)生的綜合分析能力。

二、適當(dāng)延伸物理實驗

此類實驗試題的特點是源于課本而又適當(dāng)高于課本，在考察教材演示實驗或?qū)W生分組實驗的基礎(chǔ)上，再對實驗加以適當(dāng)延伸（如：在改裝電表后再對改裝后的電表進行校對;在描繪小燈泡I-U曲線的基礎(chǔ)上，又提出探究小燈泡實際功率與兩端電壓之間的關(guān)系、探究小燈泡電阻與兩端電壓之間的關(guān)系;等等）。對這類實驗試題的求解，我們首先必須明確常規(guī)實驗試題的解題思路，對延伸出來的實驗問題，應(yīng)當(dāng)根據(jù)實驗要求，確定對應(yīng)的物理知識或?qū)嶒灧椒?，進而推導(dǎo)出處理實驗數(shù)據(jù)的計算公式，并進一步確定實驗方案，以實現(xiàn)問題的逐步解決。本文列舉一例：

例1：某實驗小組做“驗證牛頓運動定律”實驗，實驗裝置如圖甲所示，實驗中均滿足沙桶和沙的總質(zhì)量遠小于小車質(zhì)量。在正確安裝實驗裝置后，首先進行了平衡摩擦力操作。

（1）實驗小組在一次實驗中得到一條紙帶如圖乙所示，已知打點計數(shù)器所接交流電電源的頻率是50 Hz，則由紙帶可求出小車的加速度大小為_______m/s2。（計算結(jié)果取兩位有效數(shù)字）

（2）實驗小組多次改變沙與沙桶的總質(zhì)量，根據(jù)多次實驗及數(shù)據(jù)做出了加速度a與合力F的關(guān)系圖像如圖丙所示，則可能的原因是_____________________。

（3）在對第（2）問中出現(xiàn)的問題做了修正后，實驗小組保持沙和沙桶的總質(zhì)量不變，并多次改變放置在小車上的砝碼質(zhì)量m，同時測出多組對應(yīng)的加速度a，以m為橫坐標(biāo)、1/a為縱坐標(biāo)，得到如圖丁所示的關(guān)系圖像。如果該圖像“斜率”為k、圖中縱軸上的“截距”為b，則小車質(zhì)量M為_______。

解析：此題源于學(xué)生分組實驗并適當(dāng)延伸（即第3問中確定小車質(zhì)量M）。下面予以分析：

（1）根據(jù)圖乙中紙帶的數(shù)據(jù)，采用逐差法可求得加速度大為：a=x4+x3-x2-x14T2=0.59 m/s2。

（2）由圖丙看出，圖線再a軸上有截距，說明對小車沒有施加拉力F時就有了加速度，這說明平衡摩擦力過度了。

（3）由牛頓運動定律可得，F(xiàn)=（M+m）a，推得：1a=1F·m+MF

由圖丁所示圖線的“斜率”k及“截距”b，可以得出：M=bk。

三、演變創(chuàng)新物理實驗

物理實驗的演變創(chuàng)新是高考物理試題中的一大亮點。面對讓人耳目一新的實驗試題，首先，我們必須明確實驗?zāi)康模菧y量性實驗（如：測未知電阻的阻值、測電源的電動勢和內(nèi)阻等）、還是驗證性實驗（如：驗證牛頓運動定律、驗證動量守恒定律等）或探究性實驗（如：探究小燈泡電流I與電壓U之間的關(guān)系）。創(chuàng)新類實驗試題往往有一些條件限制，此時要跳出習(xí)慣性思維（如：一看到測電阻大家就會想到伏安法，其實，對應(yīng)不同的題目條件，就有多種方法測電阻），以實驗?zāi)康臑橹行?，結(jié)合題目條件聯(lián)系所學(xué)的物理知識，從而確定實驗原理，并進一步推導(dǎo)出處理實驗數(shù)據(jù)的關(guān)系式等，以實現(xiàn)問題的進一步求解。本文列舉一例：

例2.目前社會上已普遍使用LED燈來照明。某LED燈的產(chǎn)品說明書這樣介紹，“本LED燈的耗能僅為白熾燈的1/10、節(jié)能燈的1/4……”該LED燈的工作電壓是“1.5～5.0 V”，最大正向直流電流約25 mA，發(fā)光效率η（效率η是指輻射的全部光功率P光與消耗電功率P的比值）與工作電壓U的關(guān)系曲線如圖乙所示。某實驗小組設(shè)計了如圖甲所示的實驗電路，用于探究該LED燈的電功率P隨電壓U變化的關(guān)系，并依據(jù)此實驗結(jié)果計算出該燈效率最大時的電阻RL及輻射的光功率P光。

實驗小組繪出了如圖丙所示的P-U圖，則該LED燈效率達最大時的電阻RL=Ω，輻射的光功率P光=W。

解析：我們既不能采用R=UI計算電阻RL、也不能用P=UI計算P光。

由圖乙可知，LED燈管效率達到最大時對應(yīng)的工作電壓為2 V，又根據(jù)題圖丙可知工作電壓為2 V時燈管消耗的電功率P=2.0×10-2 W，此時工作電流I=P/U=1.0×10-2 A。由η=P光P×100%，解得P光=P×60%=1.2×10-2 W，此時有（P-P光）=I2RL，解得RL=80 Ω。

近年高考對物理實驗問題的考察難度相對較大，這就要求廣大教師在教學(xué)的各個環(huán)節(jié)高度重視物理實驗，持續(xù)培養(yǎng)和提升學(xué)生科學(xué)探究的能力，使學(xué)生在全面掌握實驗基本技能的同時，不斷提升創(chuàng)新思維能力，能靈活應(yīng)用所學(xué)的物理知識求解情景新穎的實驗問題。只有這樣，學(xué)生才能在將來輕松面對高考，在高考中取得優(yōu)異成績。

參考文獻：

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