對2015年高考力學實驗題的商榷

魏喜武

(宣城中學，安徽 宣城 242000)

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對2015年高考力學實驗題的商榷

魏喜武

(宣城中學，安徽 宣城 242000)

摘要：對2015年全國高考試題力學實驗題中關于利用指針式托盤秤測量小車經過凹糟最低點的壓力一題的題解提出質疑，試題的答案為讀出托盤秤的最大示數即為答案，但由于指針有轉動速度，指針的最大示數必大于小車的最大壓力，要測出小車的最大壓力需借助攝像機的回放功能來觀察該值.

關鍵詞：壓力；托盤秤；電子秤；速度

題目(2015年新課標全國Ⅰ卷第22題)：某物理小組的同學設計了一個粗測玩具小車通過凹形橋最低點的速度的實驗. 所用器材有：玩具小車、壓力托盤秤、凹形橋模擬器(圓弧部分的半徑為R=0.20 m).

完成下列填空：

1)將凹形橋模擬器靜置于托盤秤上，如圖1(a)所示，托盤秤的示數為1.00 kg.

2)將玩具小車靜置于凹形橋模擬器最低點時，托盤秤的示數如圖1(b)所示，該示數為__________kg.

(a)凹形橋模擬器靜置于托盤秤上

(b)托盤秤示數放大圖圖1　托盤秤示意圖

3)將小車從凹形橋模擬器某一位置釋放，小車經過最低點后滑向另一側，此過程中托盤秤的最大示數為m；多次從同一位置釋放小車，記錄各次的m值如表1所示.

表1　實驗數據

4) 根據表1，可求出小車經過凹形橋最低點時對橋的壓力為__________N；小車通過最低點時的速度大小為__________m/s. (重力加速度大小取9.80 m/s2，計算結果保留2位有效數字)

這是一道實驗題，根據實驗測得的數據以及填空的要求，解答如下：2)根據秤盤刻度可知，托盤秤的量程為10 kg，指針所指示數為1.40 kg. 4)實驗共進行了5次，每次托盤秤的示數并不相同，為減少誤差，可求平均值m=1.81 kg. 由模擬器的重力G=m′g=9.8 N可知，小車經過凹形橋最低點的壓力為

F壓=mg-m′g≈7.94 N ,

再根據小車受到徑向合力提供向心力，有公式

把有關數據代入上式，可解得

v=1.4 m/s.

既然是實驗題就不僅要求演算過程正確，還要看實驗設計是否合理，儀器選擇是否恰當，數據采集是否有誤，實驗步驟是否正確等諸多因素. 在實驗的諸多因素中，有一個因素出現問題，演算就會誤入歧途. 在歷年的全國與各省的高考題中，往往都很重視電學實驗儀器的選擇，而很少光顧力學實驗的儀器選擇. 其實在力學實驗中，也要選擇儀器. 例如在用天平與量筒測量水的密度時，由于量筒測體積誤差較大，就沒有必要選擇精確度較高的物理天平，用托盤天平就足以滿足實驗的要求. 這樣既降低了實驗難度，又滿足了實驗要求. 以此為據，筆者認為2015年新課標全國Ⅰ卷第22題選用指針托盤秤讀出托盤秤的最大壓力來測量小車經過凹槽最低點的壓力，這在儀器的選擇上是不合理的，采集的數據也有誤.

因為當小車經過凹槽最低點時的壓力最大，與其對應的托盤秤指針不僅有讀數，同時也有轉動的速度. 這一轉動的速度由于慣性并不能立即停止，必將轉過一定角度后才能停止，也就是說托盤秤指針指的最大讀數大于小車經過凹槽最低點時的最大壓力.

為了驗證上面的判斷，筆者又做了一個實驗，

手拿0.4 kg的重物，當重物與托盤接觸后，緩慢放入指針托盤秤的托盤中，讓托盤秤受到的壓力慢慢增加. 當重物完全脫離手時，指針越過了0.4 kg的刻度，然后又回到0.4 kg刻度處停止. 多次實驗表明，當向托盤秤的托盤中釋放重物越快，指針轉過的角度就越大，最大可達到0.6 kg處后再回到0.4 kg處.

實驗驗證了判斷. 那么能不能找到恰好能測量出小車經過凹槽最低點壓力大小的工具呢？為此，將指針式托盤秤換用為電子秤重做上面的實驗. 實驗現象表明，隨著重物對電子秤托盤壓力的增大，電子秤的讀數也在增大，其最大讀數與重物質量相等，沒有出現超過重物質量的讀數. 這一現象也說明，小車經過凹槽各點的壓力與電子秤讀出的壓力一一對應. 當試圖用電子秤取代指針托盤秤做實驗題的實驗時，問題又出現了. 電子秤的最小量程為1 g，在小車滑過凹糟的幾秒內跳過了幾百個數據，根本無法讀出小車經過凹糟最低點的壓力大小. 為解決這一問題，采用了“放大”時間的方法，把整個實驗過程拍攝下來，再用慢鏡頭播放出來，這樣就可以讀出小車經過最低點時壓力的大小. 其實，再加上“放大”時間的步驟，也可以按實驗題中的儀器與實驗過程進行實驗，只不過在看慢鏡頭時，不是要讀出指針的最大讀數，而是要讀出小車經過凹槽最低點時指針所指的讀數.

[責任編輯：尹冬梅]

Discussion on the mechanic experiment test in 2015 national college entrance examination

WEI Xi-wu

(Xuancheng Middle School, Xuancheng 242000, China)

Abstract:The solution of the mechanic experiment test in the 2015 national college entrance examination was queried. The answer stated that when the trolley passing the bottom of the groove, the maximum display of the pointer-type pallet scale was the maximum pressure. But because of the rotational speed of the pointer, the maximum display must be bigger than the maximum pressure of the trolley. In order to measure the maximum pressure correctly, the playback function of video camera should be adopted to observe the real value.

Key words:pressure; pallet scales; electric scales; speed

中圖分類號：G633.7

文獻標識碼：A

文章編號：1005-4642(2016)05-0045-02

作者簡介：魏喜武(1960-)，男，安徽宣城人，宣城中學高級教師，從事中學物理教學工作.

收稿日期：2016-02-18