2023年6月浙江高考物理力學實驗題評析

摘" "要：針對網絡上流傳的6月浙江高考物理第16-Ⅰ題第（2）問的錯誤解答，深刻分析了錯誤原因，給出正確解析，并指出物理實驗教學應立足真實情境、發展學生核心素養的教學啟示。

關鍵詞：試題評析；核心素養；模型建構

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A " " 文章編號：1003-6148（2024）2-0045-2

2023年6月浙江省高考物理第16-Ⅰ題第（2）問為力學實驗題，考查“探究彈簧彈力與伸長量的關系”，是在教材實驗裝置基礎上進行的適當變式，整體難度適中。

1" " 試題呈現

【題目】 16-Ⅰ（2）如圖1所示，某同學把A，B兩根不同的彈簧串接豎直懸掛，探究A，B彈簧彈力與伸長量的關系。在B彈簧下端依次掛上質量為m的鉤碼，靜止時指針所指刻度xA，xB數據如表1所示。

鉤碼個數為1時，彈簧A的伸長量ΔxA=" " "" " "cm，彈簧B的伸長量ΔxB=" " " " "cm，兩根彈簧彈性勢能的增加量ΔEp" " " " " " mg（ΔxA+ΔxB）（選填“=”“lt;”或“gt;”）。

2" " 網傳解析的錯因及正確解析

對于最后一空ΔEp與mg（ΔxA+ΔxB）的大小關系分析，網上流傳的參考答案為“gt;”。相應給出的理由是“彈性勢能增加量等于彈簧重力勢能減少量與鉤碼重力勢能減少量之和”，也即需要考慮彈簧質量帶來的影響。

2.1" " 錯因分析

沒有深入思考“系統經歷怎樣的過程才最終靜止”是產生錯誤的核心原因。

如果不考慮外力干預的影響，系統會做簡諧運動，不可能保持靜止狀態。因此，題目隱含的真實情境為：通過外力干預讓系統靜止下來。學生在實際實驗操作過程中，一般也是這樣做的。

情況1" 用手托住鉤碼緩慢下降，待系統最終靜止。由于外力對系統做負功，由能量守恒易得

ΔEplt;mg（ΔxA+ΔxB）

情況2" 掛上鉤碼后系統做阻尼振動，振動能量不斷損失，最終靜止。此時，摩擦產生內能以及振動能量在介質中的傳播，是系統機械能損失的主要原因，由能量守恒也能得出

ΔEplt;mg（ΔxA+ΔxB）

即使將彈簧質量考慮進來，得出的結論仍為

ΔEplt;mg（ΔxA+ΔxB）

2.2" " 正確解析

以懸掛一根勁度系數為k的彈簧為例展開討論。設彈簧原長為x0，質量為Δm，將其豎直懸掛且下方未掛物體時長度為x1，掛上質量為m的鉤碼且系統靜止時彈簧長度為x2。

未掛鉤碼時

k（x1-x0）=Δm·g（1）

掛上鉤碼后

k（x2-x0）=（Δm+m）·g（2）

鉤碼重力勢能減少量

ΔEp（G）=mg（x2-x1）（3）

將（1）（2）式代入（3）式整理后可得

ΔEp（G）=（4）

當系統靜止時，彈簧彈性勢能增加量

ΔEp（k）=k[（x2-x0）2-（x1-x0）2]（5）

將（1）（2）式代入（5）式整理后可得

ΔEp（k）=（Δm+）（6）

由（4）（6）式得

=（7）

考慮到實驗室中常用彈簧質量Δm一般遠小于鉤碼質量m，所以（7）式的計算結果要小于1，即彈簧彈性勢能的增加量小于鉤碼重力勢能的減少量。

再拓展到試題中A和B兩根彈簧串接起來的情境，同理可證：彈簧彈性勢能的增加量小于鉤碼重力勢能的減少量。

3" " 教學啟示

物理是一門以實驗為基礎的學科。《普通高中物理課程標準（2017年版2020年修訂）》明確指出：實驗是物理學習的重要環節，是培養學生物理學科核心素養的重要途徑和方式［1］。

3.1" " 實驗教學要注重學生實踐操作

這道試題是在教材實驗“探究彈簧彈力與形變量的關系”基礎上的簡單變式。學生在實際操作過程中一定經歷過“如何讓系統快速靜止”的困惑，教學過程中教師應及時引導學生發現、分析、解決困惑，讓學生親手實踐操作必做學生實驗以及有關演示實驗、拓展實驗。

3.2" " 實驗教學要發展學生核心素養

讓學生親自動手做實驗很重要，引導學生在實驗過程中思考為何做、如何做、怎么分析更重要。教師應盡量創造實驗條件，科學引導學生設計實驗、開展實驗，努力促進學生科學探究能力、科學態度、科學責任等物理核心素養的發展。

3.3" " 物理模型建構要立足真實情境

立足此題真實情境仔細思考發現：嚴格考慮彈簧質量的影響，會使系統彈性勢能、重力勢能、動能的定量計算非常復雜，所以要引入“彈簧質量與小球相比可以忽略”這一理想化條件。但彈簧振子模型是否成立的最關鍵因素在于——阻力能否忽略。也即，真實情境中，摩擦產生熱量以及振動能量在介質中的傳播是導致系統振動能量不斷減少的最主要原因，是影響彈簧振子模型是否合理的關鍵所在，而彈簧質量帶來的影響并不是核心因素。

總之，物理教學應立足真實情境、真實問題，讓學生在深度思考中提高思維品質、發展核心素養。

參考文獻：

［1］中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準（2017年版2020年修訂）［S］.北京：人民教育出版社，2020：6.

（欄目編輯" " 陳" 潔）

收稿日期：2023-07-12

作者簡介：楊威（1991-），男，中學一級教師，主要從事高中物理教學工作。