2023年高考全國甲、乙卷力學(xué)實驗題評析與啟示

摘" 要：2023年高考全國甲、乙卷力學(xué)實驗題源于教材，但對學(xué)生能力的考查效果卻高于教材，這兩道力學(xué)實驗題全方位地考查了學(xué)生實驗原理理解、實驗設(shè)計與操作、數(shù)據(jù)處理及誤差分析等多方面的能力。試題注重創(chuàng)新，考查了學(xué)生的科學(xué)探究能力，很好地體現(xiàn)了高考考查的能力立意。本文對2023年高考全國甲、乙卷力學(xué)實驗題進行評析，以期為后期的物理教學(xué)提供參考。

關(guān)鍵詞：高考試題；力學(xué)實驗；科學(xué)探究；教學(xué)啟示

物理實驗在培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力方面具有重要地位。高考對物理力學(xué)實驗的考查源于教材，但高于教材，其命制一向追求創(chuàng)新視角，充分體現(xiàn)了對學(xué)生科學(xué)探究能力、創(chuàng)新能力以及綜合應(yīng)用能力的考查。

2023年高考全國甲、乙卷的兩道力學(xué)實驗題不僅落實基礎(chǔ)，考查了學(xué)生對教材基礎(chǔ)實驗原理的理解，強調(diào)實驗設(shè)計與操作、實驗數(shù)據(jù)的處理與分析，注重學(xué)以致用，而且這兩道題更具創(chuàng)新性與應(yīng)用性，在充分落實對科學(xué)探究素養(yǎng)能力考查的同時，也充分體現(xiàn)了《中國高考評價體系》下的“一核”“四層”“四翼”考查內(nèi)容。［1］2023年高考全國甲、乙卷實驗題均在教材實驗基礎(chǔ)上

做出了不同程度的創(chuàng)新，比如2023年高考全國乙卷力學(xué)實驗題，題目不用一個圖像，也沒有一個數(shù)據(jù)，但是通過實驗步驟一步步引導(dǎo)學(xué)生驗證力的平行四邊形定則，從實驗原理、數(shù)據(jù)記錄、數(shù)據(jù)處理、誤差分析、解釋交流等角度檢驗學(xué)生是否經(jīng)歷過實踐操作。2023年高考全國甲卷力學(xué)實驗題也不例外，其創(chuàng)新角度也比較明顯，題目在紙帶處理方式上進行數(shù)據(jù)處理的創(chuàng)新，沒有使用逐差法處理數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)而通過非常規(guī)的方式求平均速度，并應(yīng)用圖像巧妙計算小車的加速度。

本文借助對2023年高考全國甲、乙卷力學(xué)實驗題的評析，以期為今后的物理教學(xué)提供一定的參考。

1" 高考試題分析與題目溯源

例1" （2023年高考全國乙卷第22題）在“驗證力的平行四邊形定則”的實驗中使用的器材有：木板、白紙、兩個標(biāo)準(zhǔn)彈簧測力計、橡皮條、輕質(zhì)小圓環(huán)、刻度尺、鉛筆、細線和圖釘若干。完成下列實驗步驟：

（1）用圖釘將白紙固定在水平木板上。

（2）將橡皮條的一端固定在木板上，另一端系在輕質(zhì)小圓環(huán)上。將兩細線也系在小圓環(huán)上，它們的另一端均掛上測力計。用互成一定角度、方向平行于木板、大小適當(dāng)?shù)牧瓌觾蓚€測力計，小圓環(huán)停止時由兩個測力計的示數(shù)得到兩拉力F1和F2的大小，并""" （多選，填正確答案標(biāo)號）。

A. 用刻度尺量出橡皮條的長度

B. 用刻度尺量出兩細線的長度

C. 用鉛筆在白紙上標(biāo)記出小圓環(huán)的位置

D. 用鉛筆在白紙上標(biāo)記出兩細線的方向

（3）撤掉一個測力計，用另一個測力計把小圓環(huán)拉到""" "，由測力計的示數(shù)得到拉力F的大小，沿細線標(biāo)記此時F的方向。

（4）選擇合適標(biāo)度，由步驟（2）的結(jié)果在白紙上根據(jù)力的平行四邊形定則作F1和F2的合成圖，得出合力F′的大小和方向；按同一標(biāo)度在白紙上畫出力F的圖示。

（5）比較F′和F的""""" "，從而判斷本次實驗是否驗證了力的平行四邊形定則。

試題評析：本題考查的是驗證力的平行四邊形定則的實驗原理與操作，目的是考查學(xué)生應(yīng)用已學(xué)知識解決問題的能力，并通過實驗步驟的填寫考查學(xué)生的科學(xué)探究能力。同時，學(xué)生的實驗設(shè)計能力與實驗數(shù)據(jù)處理、評估與交流等要素也得以考查，實驗考查方式比較新穎。此外，實驗步驟的填寫也可以反映學(xué)生對實驗的掌握程度。步驟（2）考查驗證

力的平行四邊形定則的實驗原理，該實驗的原理為“等效替代法”。根據(jù)力的三要素，測量某個力必須記錄其大小、方向、作用點，而且記錄方向時通常是取兩個比較遠的點來確定該力的方向，所以除了測量F1、F2的大小外，還要確定其方向，因此C、D正確。步驟（3）中，當(dāng)用一個彈簧測力計來拉橡皮條時，要保證兩次的作用效果相同，則應(yīng)該把小圓環(huán)拉到相同的位置。步驟（5）中，由于F′是F1、F2的合力，而兩次拉橡皮條的效果相同，則F′與F的效果也相同，所以應(yīng)該比較F′與F的大小和方向，二者只要在誤差允許的范圍內(nèi)大小相等，方向相同，則說明本次實驗驗證了力的平行四邊形定則。本題立足于教材實驗基礎(chǔ)知識，通過實驗步驟的填寫考查學(xué)生的實驗探究能力與實驗操作能力。

題目溯源：驗證力的平行四邊形定則實驗是高中力學(xué)實驗的基礎(chǔ)，也是力學(xué)實驗的重要內(nèi)容，更是高中物理矢量學(xué)習(xí)的第一個實驗。在教材與歷年的高考試題中可以找到與本題類似的題型與素材，下面通過表格形式（見表1）對題目在教材與新、舊高考中的溯源情況進行了簡單的梳理。

從上述分析與溯源情況來看，該實驗主要考查實驗操作步驟，以及通過作力的圖示分析合力與分力的關(guān)系的方法。該實驗是力學(xué)矢量概念的基礎(chǔ)，又是數(shù)學(xué)知識在物理問題中應(yīng)用的重要表現(xiàn)。因此，加強基礎(chǔ)知識的教育是學(xué)生物理觀念形成的堅實基礎(chǔ)，強化基礎(chǔ)知識的應(yīng)用是發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)的重要手段。

例2" "（2023年全國甲卷第23題）某同學(xué)利用如圖（a）所示的實驗裝置探究物體做直線運動時平均速度與時間的關(guān)系。讓小車左端和紙帶相連。右端用細繩跨過定滑輪和鉤碼相連。鉤碼下落，帶動小車

圖（a）

圖（b）

運動，打點計時器打出紙帶。某次實驗得到的紙帶和相關(guān)數(shù)據(jù)如圖（b）所示。

（1）已知打出圖（b）中相鄰兩個計數(shù)點的時間間隔均為0.1s。以打出A點時小車位置為初始位置，將打出B、C、D、E、F各點時小車的位移Δx填到表中，小車發(fā)生相應(yīng)位移所用時間和平均速度分別為Δt和v，表中ΔxAD＝""" cm，vAD＝""" cm/s。

位移區(qū)間ABACADAEAF

Δx（cm）6.6014.60ΔxAD34.9047.30

v（cm/s）66.073.0vAD87.394.6

（2）根據(jù)表中數(shù)據(jù)得到小車平均速度v隨時間Δt的變化關(guān)系，如圖（c）所示。在圖中補全實驗點。

圖（c）

（3）從實驗結(jié)果可知，小車運動的v-Δt圖線可視為一條直線，此直線用方程v＝kΔt＋b表示，其中k＝""" cm/s2，b＝""" cm/s。（結(jié)果均保留三位有效數(shù)字）

（4）根據(jù)（3）中的直線方程可以判定小車做勻加速直線運動，得到打出A點時小車速度大小vA＝""" ，小車的加速度大小a＝""" 。（結(jié)果用字母k、b表示）

試題評析：本題實質(zhì)上是考查學(xué)生對勻變速直線運動的研究、打點計時器的應(yīng)用以及紙帶的處理方法。從模型考查的角度來看，本題考查

的是

常規(guī)的實驗裝置與實驗?zāi)Ｐ?，利用紙帶記錄小車的運動情況也是教材實驗的基本方法。本題的創(chuàng)新點在于避開使用“逐差法”求加速度的習(xí)慣計算思路，轉(zhuǎn)而利用平均速度與時間的關(guān)系探究小車的運動規(guī)律，這實際上也是“圖像法”處理數(shù)據(jù)的觀點。題述要求的是求某一段的平均速度，而不是計算某一點的速度大小，因此這里不需要判斷小車是否做勻變速直線運動，也不必計算中間時刻的速度，轉(zhuǎn)而直接通過平均速度與時間的關(guān)系來反映小車的運動情況。這考查了學(xué)生的實驗探究、數(shù)據(jù)分析、邏輯推理等能力。

對于第（1）問，計算AD的長度，直接從紙帶標(biāo)出的數(shù)據(jù)即可求得ΔxAD＝xAB＋xBC＋xCD ＝24.00cm。此處容易弄錯的是有效數(shù)字的保留，很多學(xué)生可能只寫成“24”。根據(jù)平均速度的定義可知vAD＝ΔxAD3T，代入已知數(shù)據(jù)得vAD＝80.0cm/s。

第（2）問，考查學(xué)生的作圖能力，根據(jù)第（1）問，表格中缺少AD段的平均速度，所以結(jié)合第（1）問的結(jié)果把該速度標(biāo)在v-Δt圖像上即可，補齊后把點連成一條直線如圖所示。

第（3）問，圖線方程為v＝kΔt＋b，所以圖線的斜率k＝ΔvΔt，根據(jù)圖線有k＝101.0－59.00.6cm/s2，所以k＝70.0cm/s2，同時由圖線可得b＝59.0cm/s。

第（4）問，根據(jù)平均速度的定義，v＝xt，根據(jù)勻變速直線運動規(guī)律有x＝v0t＋12at2，則xt＝v0＋12at，因此v＝v0＋12at，結(jié)合圖線斜率和截距有v0＝vA＝b，12a＝k，則a＝2k。

題目溯源：紙帶類實驗是高中物理實驗的重點，通常情況下，此類型實驗主要考查學(xué)生對打點計時器的使用與實驗操作的基本要求，同時也考查學(xué)生對紙帶問題的處理方法——逐差法與圖像法。在新、舊高考與教材中也有與本題類似的題型，下面結(jié)合本題的溯源情況進行分析，如表2所示。

從上述的試題溯源與分析來看，2023年高考全國甲卷第23題的實驗原理及實驗裝置，以教材實驗為基礎(chǔ)，并結(jié)合新、舊高考試題的考查思路，展現(xiàn)出試題的基礎(chǔ)性與創(chuàng)新性。同時，從實驗數(shù)據(jù)的處理與結(jié)果分析來看，在不同省份的高考命題中也

能

找到類似的題目。因此，2023年高考全國甲卷第23題主要取材自教材與歷年的高考試題，彰顯新、舊高考的結(jié)合，實現(xiàn)教、考有效銜接，所涉及的模型與解題方法較為常規(guī)。

2" 教學(xué)啟示與思考

通過分析與溯源情況來看，2023年高考全國甲、乙卷力學(xué)實驗題注重教材基礎(chǔ)，堅守教材為命題的主陣地，通過問題的設(shè)計與創(chuàng)新設(shè)問來考查學(xué)生的實驗探究能力以及數(shù)據(jù)處理與分析能力。這有利于促進教材的開發(fā)與利用，并積極引導(dǎo)“教考銜接”。從2023年高考全國甲、乙卷力學(xué)實驗題的考查思路與方向來看，其對今后的教學(xué)改進與發(fā)展方向具有重要的指導(dǎo)意義。

2.1" 注重教材基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)

2023年高考全國甲、乙卷力學(xué)實驗題立足于教材基礎(chǔ)知識，突出問題創(chuàng)新，注重對實驗的原理、基本步驟、數(shù)據(jù)處理的考查，加強了“教考銜接”。2023年高考全國乙卷第22題考查了驗證力的平行四邊形定則實驗，這個實驗每個學(xué)生都親自動手做過。然而在備考復(fù)習(xí)時，我們往往更多注重各種模擬試題或難題的研究，忽略對教材基本實驗原理的深入理解，忽視學(xué)生能力的發(fā)展是源于教材的。因此在備考復(fù)習(xí)時，我們應(yīng)該注重教材基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)與理解，學(xué)生只有吃透教材內(nèi)容，才能加以運用、遷移和發(fā)展，并能夠在陌生模型中應(yīng)用。［2］

2.2" 加強教材實驗的創(chuàng)新設(shè)問

教材實驗是高考命題的基礎(chǔ)，高考試題源于教材，但高于教材，顧名思義就是高考試題的問題和模型是對教材內(nèi)容的創(chuàng)新與遷移，解決問題的思路與方法源于教材基礎(chǔ)知識，是教材知識的拓展與應(yīng)用。在高考備考復(fù)習(xí)教學(xué)中，我們應(yīng)該加強對教材實驗問題的強化訓(xùn)練與創(chuàng)新設(shè)問。例如2023年高考全國乙卷第22題通過一步步的設(shè)問，考查學(xué)生對“等效替代法”的理解；而2023年高考全國甲卷第23題是在教材模型的基礎(chǔ)上，考查學(xué)生利用表格記錄數(shù)據(jù)的優(yōu)勢以及對平均速度定義的理解，并繞過求解加速度的常規(guī)方法（“逐差法”），通過構(gòu)建平均速度與時間的函數(shù)關(guān)系的創(chuàng)新設(shè)問，考查學(xué)生對物理公式的推導(dǎo)、數(shù)學(xué)方法的應(yīng)用以及各物理量意義的理解。從這兩道題的分析與溯源來看，在物理力學(xué)實驗的復(fù)習(xí)教學(xué)時，應(yīng)該以歷年高考試題為導(dǎo)向，以教材知識為根基，通過強化基礎(chǔ)知識的理解，創(chuàng)設(shè)問題，進行拓展學(xué)生思維的訓(xùn)練，從而培養(yǎng)學(xué)生的實驗探究能力。［3］

2.3" 強化核心問題的整合教學(xué)

高中物理力學(xué)實驗主要是以“紙帶”為主的“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”“探究做功與動能的變化關(guān)系”“驗證機械能守恒定律”

“驗證動量守恒定律”等實驗；其次是以彈簧為主的“探究彈簧彈力與形變量的關(guān)系”“探究彈簧彈性勢能與形變量的關(guān)系”“驗證機械能守恒定律”等實驗；最后還有涉及

“平拋模型”“氣墊導(dǎo)軌”“光電門”等的力學(xué)實驗。因此，力學(xué)實驗復(fù)習(xí)教學(xué)應(yīng)該注重核心問題與關(guān)鍵模型，根據(jù)力學(xué)實驗特點，進行以核心問題為導(dǎo)向的教學(xué)整合，強化學(xué)生大概念、大規(guī)律、大類型的物理知識系統(tǒng)?；诹W(xué)實驗知識的特點以及測量工具、物理模型，力學(xué)實驗的教學(xué)整合可以分為三個模塊：一是以“紙帶”為主的力學(xué)實驗探究，二是以“彈簧”為主的實驗問題，三是涉及“平拋模型”“氣墊導(dǎo)軌”等的力學(xué)實驗。通過這種以某一測量方式或者某一對象為核心問題的教學(xué)整合，可以很好地幫助學(xué)生建構(gòu)系統(tǒng)性知識體系，發(fā)展學(xué)生實驗探究能力，進而提升學(xué)生的物理核心素養(yǎng)。

本文通過對兩道高考試題的分析與溯源，展現(xiàn)高考試題對教學(xué)的指導(dǎo)作用，體現(xiàn)高考試題在基礎(chǔ)性、應(yīng)用性、綜合性、創(chuàng)新性等方面的考查內(nèi)容，突顯“教考銜接”的作用。

在明確高考試題命制方向的基礎(chǔ)上，對高考試題的深度分析可以指導(dǎo)教學(xué)的實施與有效開展。

參考文獻

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