關(guān)于2023年江蘇物理高考實(shí)驗(yàn)試題的思考與復(fù)習(xí)建議

**基金項(xiàng)目：本文系江蘇省教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃2020年度課題“基于‘科學(xué)實(shí)驗(yàn)影視資源育人價(jià)值’的物理教學(xué)創(chuàng)新研究”（課題編號(hào)：D/2020/02/103）的階段性研究成果。

摘要：本文對(duì)2023年江蘇高考物理實(shí)驗(yàn)試題進(jìn)行深入思考，從不同角度進(jìn)行分析并針對(duì)教師的高考物理復(fù)習(xí)教學(xué)提出建議，以期提高高三學(xué)生物理復(fù)習(xí)備考的質(zhì)量和效率。

關(guān)鍵詞：江蘇高考；實(shí)驗(yàn)試題；物理復(fù)習(xí)

實(shí)驗(yàn)探究能力是《中國(guó)高考評(píng)價(jià)體系》中強(qiáng)調(diào)的關(guān)鍵能力之一。

高考實(shí)驗(yàn)試題，取材于真實(shí)物理科學(xué)探究過程或?qū)W生實(shí)際探索過程，是落實(shí)《中國(guó)高考評(píng)價(jià)體系》中“四翼”，即“基礎(chǔ)性、綜合性、應(yīng)用性、創(chuàng)新性”［1］的有效載體。本文以2023年江蘇高考物理實(shí)驗(yàn)試題為例，從不同角度進(jìn)行分析，并針對(duì)教師的高考物理復(fù)習(xí)教學(xué)提出建議。

1真題呈現(xiàn)

（2023年江蘇卷第12題）小明通過實(shí)驗(yàn)探究電壓表內(nèi)阻對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。所用器材有：干電池（電動(dòng)勢(shì)約1.5V，內(nèi)阻不計(jì)）2節(jié)；兩量程電壓表（量程0～3V，內(nèi)阻約3kΩ；量程0～15V，內(nèi)阻約15kΩ）1個(gè)；滑動(dòng)變阻器（最大阻值50Ω）1個(gè)；定值電阻（阻值50Ω）21個(gè)；開關(guān)1個(gè)及導(dǎo)線若干。實(shí)驗(yàn)電路如題圖1所示。

（1）電壓表量程應(yīng)選用（選填“0～3V”或“0～15V”）。

（2）題圖2為該實(shí)驗(yàn)的實(shí)物電路（右側(cè)未拍全）。先將滑動(dòng)變阻器的滑片置于如圖2所示的位置，然后用導(dǎo)線將電池盒上接線柱A與滑動(dòng)變阻器的接線柱（選填“B”“C”或“D”）連接，再閉合開關(guān)，開始實(shí)驗(yàn)。

（3）將滑動(dòng)變阻器滑片移動(dòng)到合適位置后保持不變，依次測(cè)量電路中O與1，2，…，21之間的電壓。某次測(cè)量時(shí)，電壓表指針位置如題圖3所示，其示數(shù)為V。根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)作出電壓U與被測(cè)電阻值R的關(guān)系圖線，如題圖4中實(shí)線所示。

（4）在題圖1所示的電路中，若電源電動(dòng)勢(shì)為E，電壓表視為理想電壓表，滑動(dòng)變阻器接入的阻值為R1，定值電阻的總阻值為R2，當(dāng)被測(cè)電阻為R時(shí)，其兩端的電壓U＝（用E、R1、R2、R表示），據(jù)此作出U-R理論圖線如題圖4中虛線所示。小明發(fā)現(xiàn)被測(cè)電阻較小或較大時(shí)，電壓的實(shí)測(cè)值與理論值相差較小。

（5）分析可知，當(dāng)R較小時(shí)，U的實(shí)測(cè)值與理論值相差較小，是因?yàn)殡妷罕淼姆至餍。妷罕韮?nèi)阻對(duì)測(cè)量結(jié)果影響較小。小明認(rèn)為，當(dāng)R較大時(shí)，U的實(shí)測(cè)值與理論值相差較小，也是因?yàn)橄嗤脑?。你是否同意他的觀點(diǎn)？請(qǐng)簡(jiǎn)要說明理由。

2試題評(píng)析

這道電學(xué)實(shí)驗(yàn)題涉及的知識(shí)點(diǎn)主要包括實(shí)驗(yàn)原理、器材的選擇、實(shí)驗(yàn)的規(guī)范操作（如讀數(shù)、連接電路等）以及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)誤差分析等，這些內(nèi)容從不同方面考查了學(xué)生必須掌握的高中物理知識(shí)和物理方法。試題設(shè)置的問題有一定的梯度，體現(xiàn)了思維的進(jìn)階性。不同層次的學(xué)生都能從該試題中有收獲，體現(xiàn)了高考試題的基礎(chǔ)性、綜合性、應(yīng)用性和創(chuàng)新性。

第（1）問答案：3V。提供的電源為兩節(jié)干電池，電源電動(dòng)勢(shì)約3V，考慮數(shù)據(jù)精確性，選0～3V量程。題中給出的線索很直接，易于學(xué)生做出判斷。

第（2）問答案：D?？紤]電路的安全性，串聯(lián)滑動(dòng)變阻器應(yīng)起到限流作用。在閉合開關(guān)前，應(yīng)將滑動(dòng)變阻器阻值調(diào)到最大，所以選D。然而，有些學(xué)生會(huì)認(rèn)為，閉合開關(guān)時(shí)，電路中已經(jīng)串聯(lián)了21個(gè)電阻，電阻已經(jīng)足夠大，為什么不能接C呢？從電路的安全性角度來看，實(shí)驗(yàn)應(yīng)排除一切可能出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)。假設(shè)0和1之間斷路、1和21之間短路，不計(jì)電源內(nèi)阻，則電壓表讀數(shù)為3V，不符合電表測(cè)量的安全性要求。因此選D。

第（3）問答案：1.50。電壓表最小刻度為0.1V，根據(jù)電壓表讀數(shù)的規(guī)則，讀數(shù)時(shí)要估讀到下一位，故讀數(shù)應(yīng)精確到0.01V。這類似于用毫米刻度尺進(jìn)行讀數(shù)，考查儀器的規(guī)范操作。

第（4）問答案：ERR1＋R2。當(dāng)電壓表被視為理想電表時(shí)，由閉合電路歐姆定律可得U＝IR＝ERR1＋R2。本實(shí)驗(yàn)要探究電壓表的內(nèi)阻對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，根據(jù)極限思想將電壓表視為理想電表作為比對(duì)的參照組。這為下一步探究誤差產(chǎn)生的原因做好鋪墊。

第（5）問答案：不同意；R較大時(shí)，電壓表分流明顯，導(dǎo)致U的測(cè)量值和理論值偏差較小，還受到滑動(dòng)變阻器分壓的影響，所以原因不相同。這問中題干給出“當(dāng)R較小時(shí)，U的實(shí)測(cè)值與理論值相差較小，是因?yàn)殡妷罕淼姆至餍　?，此時(shí)R與電壓表并聯(lián)，那么當(dāng)R較大時(shí)，仍與電壓表并聯(lián)，電壓表分流將較大，而U的實(shí)測(cè)值與理論值仍偏差較小，顯然原因是不相同的。究其具體原因，從題目所給的信息看，很可能和滑動(dòng)變阻器的分壓作用有關(guān)?？梢酝ㄟ^以下兩個(gè)方法來驗(yàn)證這一猜想。

【解析法】

當(dāng)R較大時(shí)，電壓表內(nèi)阻不能忽略，則電路中的電流I＝ER1＋（R2－R）＋RRVR＋RV，

電壓表讀數(shù)為U＝ER1＋（R2－R）＋RRVR＋RV·RRVR＋RV＝E（R1＋R2－R）（R＋RV）RRV＋1。

當(dāng)R＝R2時(shí)，R最大，

此時(shí)U＝ER1（R2＋RV）R2RV＋1＝ER1RV＋R1R2＋1。

若RVR1，則電壓表讀數(shù)接近于U＝ER1R2＋1＝ER2R1＋R2。

【類比法】

題中的“滑動(dòng)變阻器滑片移動(dòng)到合適的位置后保持不變”，則滑動(dòng)變阻器相當(dāng)于一個(gè)定值電阻R0，可以與21個(gè)定值電阻構(gòu)成一個(gè)“超大滑動(dòng)變阻器”。當(dāng)接入電壓表兩端的電阻數(shù)量不同時(shí)，可以看作其電阻在不斷變化，形成21個(gè)離散變化的點(diǎn)。如果電壓表不再是理想電表，則它相當(dāng)于一個(gè)大電阻。電源電動(dòng)勢(shì)為E，內(nèi)阻忽略不計(jì)，試題中的電路可以簡(jiǎn)化成如圖5所示的電路。這與測(cè)量電阻實(shí)驗(yàn)中滑動(dòng)變阻器采用分壓式接法時(shí)滑動(dòng)變阻器的選擇問題［2］異曲同工。在圖6的電路中，設(shè)滑動(dòng)變阻器的總電阻為R0，定值電阻的阻值為R，滑動(dòng)變阻器與定值電阻R并聯(lián)的部分電阻為Rx，電動(dòng)勢(shì)為E。若選用滑動(dòng)變阻器最大阻值不同的電阻進(jìn)行研究，令k＝R0R，以RxR0為橫軸，URE為縱軸，當(dāng)k分別為0.1、0.5、0.7、1、5、7、10、20時(shí)，得到圖線如圖7所示。

從圖像可以看出，無(wú)論k取何值，定值電阻R兩端的電壓都在0～E之間變化。當(dāng)k值較小，即當(dāng)滑動(dòng)變阻器的總阻值小于定值電阻時(shí)，R兩端的電壓U隨滑動(dòng)變阻器阻值變化的關(guān)系接近線性關(guān)系。本題中k＝1050＋R13000≈10503000＝0.35，即當(dāng)電阻較大時(shí)，測(cè)量值和理論值偏差較小，是因?yàn)镽VR1，R1可以忽略。

3幾點(diǎn)思考及復(fù)習(xí)建議

縱觀整個(gè)實(shí)驗(yàn)題，并結(jié)合近三年的江蘇高考物理實(shí)驗(yàn)題（見表1），不難發(fā)現(xiàn)，目前實(shí)驗(yàn)題的命題主要由器材選擇、規(guī)范操作（讀數(shù)等）、數(shù)據(jù)處理、原理辨析與誤差分析五部分組成。2021年至2023年江蘇高考物理實(shí)驗(yàn)題每一小問的考查內(nèi)容分布表如表1所示，從近三年的實(shí)驗(yàn)真題看，五個(gè)部分的考查比較全面。

對(duì)器材選擇、規(guī)范操作、數(shù)據(jù)處理方面的考查主要評(píng)估學(xué)生的必備知識(shí)或推理論證能力，而對(duì)原理辨析和誤差分析方面的考查則主要評(píng)估學(xué)生的探究能力。［3］這對(duì)學(xué)生提出了具體的要求：第一，對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)實(shí)施過程應(yīng)有非常清晰的理解；第二，對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)果要有批判性的思考；第三，對(duì)可能在交流中出現(xiàn)的結(jié)論有反思能力。

因此，教師在實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)教學(xué)中應(yīng)落實(shí)以下幾點(diǎn)。

3.1回歸教材，重視基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)

高考物理實(shí)驗(yàn)題大多源于教材，但其難度又高于教材，而學(xué)生思維的起點(diǎn)在基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)。因此，教師在復(fù)習(xí)教學(xué)中，必須重視21個(gè)必做實(shí)驗(yàn)操作，使學(xué)生能根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康淖灾鬟x擇實(shí)驗(yàn)儀器，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟，處理數(shù)據(jù)，反思實(shí)驗(yàn)結(jié)果，提出改進(jìn)方案。對(duì)于同一個(gè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生通過不同的實(shí)驗(yàn)器材達(dá)成相同的實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，從而加深?duì)實(shí)驗(yàn)的理解。例如在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生要考慮是否需要補(bǔ)償阻力；是否需要滿足鉤碼的質(zhì)量遠(yuǎn)小于滑塊的質(zhì)量這個(gè)條件；如果增加傳感器，以上條件是否依然適用等。即學(xué)生不僅要明確實(shí)驗(yàn)怎么做，還要理解為什么這么做，并思考除現(xiàn)有方法外的其他可能性。教師在復(fù)習(xí)教學(xué)中應(yīng)少設(shè)計(jì)是非型問題，多設(shè)計(jì)一些解釋型問題，還可以適當(dāng)引進(jìn)“非良構(gòu)”問題，幫助學(xué)生拓寬思路，提高思維的深度和質(zhì)量。

3.2重做實(shí)驗(yàn)，查漏補(bǔ)缺

對(duì)于實(shí)驗(yàn)中難以理解或不好掌握的部分，教師可以讓學(xué)生到實(shí)驗(yàn)室再次進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，明確實(shí)驗(yàn)方案中的優(yōu)點(diǎn)或可取之處，對(duì)實(shí)驗(yàn)方案中存在的不足能利用其他實(shí)驗(yàn)器材進(jìn)行優(yōu)化，降低實(shí)驗(yàn)誤差，進(jìn)而加深對(duì)實(shí)驗(yàn)的理解。教師在此過程中做好引導(dǎo)和協(xié)助工作，幫助學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)建立正確的認(rèn)知，提高他們的實(shí)驗(yàn)操作技能。

3.3研究教材，挖掘教材資源

除了21個(gè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，教材中還有“演示”“做一做”“練習(xí)與應(yīng)用”“復(fù)習(xí)與提高”“課題研究”等欄目，其中蘊(yùn)含了豐富的實(shí)驗(yàn)資源。這些都將可能成為高考情境化試題的來源。教師在做好演示實(shí)驗(yàn)的同時(shí)，應(yīng)將這些實(shí)驗(yàn)資源與基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行整合。例如，

用手機(jī)測(cè)自由落體加速度、用手機(jī)連拍功能輔助繪制彈簧振子的x-t圖像等將現(xiàn)代技術(shù)融入實(shí)驗(yàn)探究中的實(shí)驗(yàn)，鼓勵(lì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新，拓展思維。

3.4真題復(fù)盤，舉一反三

2023年的江蘇高考物理實(shí)驗(yàn)題，不管用解析法還是類比法，對(duì)學(xué)生來講都有一定的難度。在對(duì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)復(fù)盤的時(shí)候，可以利用仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)NOBOOK進(jìn)一步驗(yàn)證。將電壓表設(shè)置為理想電表，測(cè)得的數(shù)據(jù)作為理論值，然后分別將電壓表的電阻設(shè)置為3000Ω和1000Ω，滑動(dòng)變阻器的阻值設(shè)置為30Ω，測(cè)得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，再通過Excel作出圖像（見圖8）。

通過圖像，學(xué)生能夠發(fā)現(xiàn)它與測(cè)量電阻實(shí)驗(yàn)中的滑動(dòng)變阻器分壓式接法的輸出電壓的圖像確實(shí)相似。如果學(xué)生能在解題時(shí)應(yīng)用類比法，就可以快速地得出結(jié)論。這給教師進(jìn)一步的教學(xué)啟示是應(yīng)使學(xué)生真正對(duì)每個(gè)實(shí)驗(yàn)研究透徹，而不是簡(jiǎn)單的記憶結(jié)論。比如前面所講的滑動(dòng)變阻器分壓式接法，在選擇滑動(dòng)變阻器大小時(shí)，學(xué)生只記結(jié)論“以小控大”，在解決試題時(shí)就難以使用類比法。所以在實(shí)驗(yàn)研究中，教師要多創(chuàng)設(shè)情境，將實(shí)驗(yàn)中的一些思維“痛點(diǎn)”展現(xiàn)出來，加強(qiáng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究能力。

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