對2016年高考江蘇卷力學實驗題的評析

丁 駿

(江蘇省口岸中學 江蘇 泰州 225321)(收稿日期：2016-06-20)

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對2016年高考江蘇卷力學實驗題的評析

丁 駿

(江蘇省口岸中學 江蘇 泰州 225321)(收稿日期：2016-06-20)

2016年江蘇高考卷力學實驗題的命題方式體現了創新理念，從試題設置和提問中得到兩點啟示．結合高中物理實驗室裝備的儀器，對題中所給數據進行深入分析，發現在部分數據設置、實驗的可操作性、精確性、系統誤差上存在一些疑惑和不足．

力學 實驗題 啟示 疑惑 不足

2016年高考江蘇物理試卷實驗題延續了“一電一力”的格局，較全面地覆蓋了基本實驗技能的各個方面．突出考查了學生的動手操作能力．筆者在分析和解答力學實驗題時既有驚喜又有疑惑，具體分析如下.

圖1 驗證機械能守恒的實驗裝置

(1)ΔEp=mgh計算鋼球重力勢能變化的大小，式中鋼球下落高度h應測量釋放時的鋼球球心到之間的豎直距離( )

A．鋼球在A點時的頂端

B．鋼球在A點時的球心

C．鋼球在A點時的底端

圖2

(3)表1為該同學的實驗結果

表1 實驗結果

他發現表中的ΔEp與ΔEk之間存在差異，認為這是由于空氣阻力造成的．你是否同意他的觀點？請說明理由．

(4)請你提出一條減小上述差異的改進建議．

江蘇省教育考試院發布的參考答案：(1)B；(2)1.50；1.50；(3)不同意，因為空氣阻力會造成ΔEk小于ΔEp，但表中ΔEk大于ΔEp；(4)分別測出光電門和球心到懸點的長度為L和l，計算ΔEk時，將v折算成鋼球的速度．

1 兩點啟示

(1)重視知識的全覆蓋

今年考了刻度尺讀數，這是初中就要求會讀、會使用的測量工具，查閱了2004—2015年的江蘇卷得知，這是江蘇新課程改革以來首次考查刻度尺的讀數，雖然高考考試說明中對刻度尺的讀數有要求，由于刻度尺的讀數是中考考查的內容，造成大部分教師的忽視，甚至出現部分教師認為一定不會考查，這次出現在江蘇高考試卷，就是在提醒江蘇所有教師和學生，只要是課標上要求的內容，必須講到位，不能出現隨意不講或講不到位的現象．也提醒我們教師不要以為多年不考的內容就一定不會考，只要考試說明上要求的內容，無論多么簡單也會考查．也就是要求我們教師和學生把高中應知應會的內容都要掌握，才能為進入高校打下良好的物理基礎．

(2)重視創新的滲透

題目第(3)、(4)問打破了常規，在驗證機械能守恒實驗中一般出現的是減少的重力勢能一般大于增加的動能，理由就是由于空氣阻力做負功的原因，現在出現了逆反現像，還問是否由于空氣阻力的原因，對于第3問是容易回答的，那么對于第4問就要求我們找到問題的根源，在平常的教學中，我們也會遇到這問題，一般情況我們的回答是由于初速度不為零造成的，現在題目的主干中明確寫出鋼球由靜止釋放，這時就需要學生冷靜思考分析表格中數據，從表格中數據可以看出由于動能的增加量始終大于重力勢能的減少量，所以一定是由于系統造成的．這種創新考法提醒我們學生和教師不僅要做實驗，而且要認真做實驗，把我們每次試驗中遇到的異樣情況加以分析，找到原因并提出解決問題的辦法，因為創新就是在這些幾乎可以忽略的異樣現像中產生或者有新的發現．還要求學生不僅要做好基本實驗，而且要求學生對這些基礎實驗加以適當改進實現知識的融會貫通．也就是說不能把知識學死，而應當帶著思考去學習，這樣才會越學越活．

2 3個疑惑

(1)表格中設置的數據不盡合理

(2)遮光條的寬度過大造成操作上的不方便

中學實驗室中遮光條的寬度一般是1 cm，并不是1.5 cm，根據第二問中的計算的速度大小為1.50 m/s，結合第(3)問中的動能增加的大小可以推知小球和遮光條的總質量應該在44.8～264.8 g 之間，中學實驗室能夠提供的鋼球的質量分別是53.0 g，30.2 g，12.0 g．可以推知鋼球的質量應為30.2 g，那么遮光條的質量為14.6 g，經測量30.2 g鋼球的直徑為1.90 cm，如果采用寬度為1.50 cm的遮光條在操作上是很難粘連在直徑為1.90 cm的鋼球下面的，除非焊接在鋼球上，在中學實驗室不具備這樣的條件．

(3)遮光條的質量過大造成不可忽略的系統誤差

3 4個不足

筆者查閱了2000—2015年全國各地的高考試卷，沒有哪一年哪個省份利用單擺的裝置來驗證機械能守恒，一般都是用來測定擺動的周期來計算當地的重力加速度．應該說這種考法今年江蘇是個創新，筆者在網上搜索了一下，發現只有高考模擬考試的試卷考過一次類似的題目，題目如下.

【例1】某同學設計了一個用單擺的實驗裝置驗證機械能守恒的實驗如圖3所示,通過光控門，可以從時間顯示儀上讀小球擋光的時間．他的實驗步驟是：

圖3 單擺實驗裝置

(1)用刻度尺測出擺線長L，再用游標卡尺測量擺球的直徑如圖4所示．

圖4 用游標卡尺測量擺球的內徑

(3)斷開時間顯示儀開關，撤去光控門，將擺球拉離平衡位置一個很小的角度(θ<10°)，由靜止釋放擺球，用秒表測出擺球作N次全振動的時間是t2.

回答：擺球的直徑是d=______cm

用秒表測出擺球作N次全振動的時間時應在擺球經過____時開始計時，當地的重力加速度是____(用字母表示各物理量)

在誤差允許的范圍內得到dt2=____(用字母表示各物理量)，就驗證了擺球運動過程中機械能守恒．

為減小實驗誤差，在體積相同的條件下，擺球應選用______(實心、空心)金屬球．

根據實驗設計的3個基本原則：簡便性、可行性、精確性，筆者覺得江蘇卷中用來驗證機械能守恒的實驗裝置存在4個方面的不足之處，一是采用的細線不好找，要求細線的質量很輕、很細并且在較大作用力范圍內細線長度的變化量要極小并且細線的彈性勢能要幾乎保持不變，在目前的中學實驗條件下不容易找到這種材料；二是遮光條對小球做功不好計算，由于遮光條的質量占到鋼球質量的一半，所以不能忽視遮光條對鋼球做的功，由于遮光條和鋼球組成系統的重心不易判斷，所以遮光條對小球做的功不好計算，這就造成了不可忽略的系統誤差；三是要判斷鋼球在豎直平面擺動，憑肉眼是做不到的；四是操作起來不方便，如果小球和遮光條的總質量為44.8 g，那么第(3)問中擺的高度范圍為11.5～69.1 cm之間，在高度69.1 cm處．如果擺長為100 cm，那么最大的擺動角度大約在72°，讓小球從這樣一個大角度擺動通過光電門，并且還要是在豎直平面內擺動操作起來是很困難的．如果能夠完善以上4個不足，那么該題的命制就是成功的．筆者覺得作為高考試題具有廣泛的社會影響，實驗題在創新的同時兼顧試題的科學性、嚴謹性、可行性．這樣為廣大中學教師和學生樹立一個很好的榜樣，起到很好的引導作用．

丁駿(1964- )，男，中教高級，主要從事中學物理教學及研究.

考試與評價研究