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對近年高考物理實驗試題的分析

2023年08月26日

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關於這篇高考物理實驗試題的分析,希望大家認真閱讀,好好感受,勤于思考,多讀多練,從中吸取精華。
一、 近年高考物理實驗試題的特點與分析
筆者通過對近七年全國高考物理實驗試題的分析後認為:試題已由側重考查實驗儀器的使用、基本操作等基礎實驗能力朝著側重考查實驗原理的理解、實驗方案的選擇、實驗方法的靈活應用等更高層次能力的要求轉變;加大了設計性實驗題目的比重,尤其是電學實驗的設計性題目;從各個知識點的考查情況來看:電學實驗考查的頻率最高,其次是力學實驗。具體表現在以下幾個方面。
1.基本儀器的使用仍是考查的基礎
比如常用於力學實驗中的遊標卡尺和螺旋測微器的使用在考試中出現的頻率較高;而對於其他常見儀器:刻度尺、天平、秒表、打點計時器、彈簧秤、溫度計等,出現的幾率較少,但也需掌握其規範、安全的使用方法。對於掌握的程度,不能僅僅停留在會讀數,而需理解其實驗原理、實驗方法,能獨立運用和有所創新。如應用在電學實驗中的電流表,滑動變阻器就有著極多的變化,通常是根據這些實驗儀器的特點進行實驗原理的變化,設計新的實驗。
2.重視對實驗操作能力的考查
考查方式如實驗步驟的排序、糾錯、補漏、實驗誤差的排除、錯誤的糾正等都與實驗的實際操作過程緊密相關,學生的實際操作能力都能從其答題情況上得以體現。如2001年全國理科綜合試卷考查了電流表內阻測量的實物圖連接,2003年全國理科綜合I試卷考查了電阻測量的實驗電路,2005年全國理科綜合I試卷考查了測電源電動勢和內阻的實驗電路等。
3.加強了對實驗數據的處理能力及實驗的多種思維方式的考查
這是對學生較高層次的考查,要求學生能根據自己學過的物理知識和有關的物理方法得出相應的結論。如2002年全國理科綜合Ⅰ試卷第29題是用驗證玻意耳定律的儀器測得的物理量求出大氣壓強Po的公式,又如在2003年全國理科綜合Ⅰ試卷有關電阻測量的考查中要求用所給圖的數據點進行電阻阻值的計算,都是此類性質的考查。
4.電學實驗仍然是考查的重點
《考試說明》指出:實驗能力包括獨立完成實驗能力,能夠根據要求靈活運用已學過的物理知識,實驗方法和基本的實驗儀器,設計實驗並處理相關的實驗問題。電學實驗由於其具備開放性、設計性、探究性、靈活性和思想性等多個維度考查功能,能夠較好地考查學生的實驗能力。如在電學實驗中伏安法測電阻是最基本的實驗,閉合電路歐姆定律是伏安法測電阻的知識基礎,通過考查這類實驗,能夠很好地考查學生對電學知識的掌握程度。另外,電學實驗變換無窮。從內容上看:電流表的內接法和外接法,滑動變阻器的限流式和分壓式,電路的組合和數據的處理、誤差分析等,都可以進行太多的變換,形成新的實驗;從考查實驗方法的角度看:電阻的測量常用到比例法、半偏法、替代法等物理方法,從任何一個角度進行考查,在原有實驗原理的基礎上都會出現一個新的題型。
應當引起足夠重視的是,近年來,有關設計性實驗的試題已逐漸成為考查的重點。設計性實驗是對實驗能力更高層次的要求,能有效考查學生靈活運用基礎知識的能力及實踐操作能力,體現了素質、創新的主題,是高考命題較具活力的領域。
二、 由典型高考實驗試題試析設計性實驗
例1:實驗室有一電壓表,量程為150mV,內阻約為150,現要將其改裝成量程為10mA的電流表並進行校準。為此,實驗室提供了如下器材:乾電池E,電阻箱,滑動變阻器R,電流表及開關S。
對電錶改裝時必須知道電壓表的內阻。可用圖1所示的電路測量電壓表的內阻,在既不損傷儀器又能使精確度儘可能高的條件下,電路中的電流表應選量程________。若合上S,調節滑動變阻器後測得電壓表讀數為150mV,電流表的讀數為1.05mA,則電壓表內阻Rmv為________。
解析:
由題可知,電壓表量程為150mV,內阻約為150,則電壓表的滿偏電流約為=1.0mA,根據題意要求既不損傷儀器又能使精確度儘可能高,則電流表應選擇量程為1.5mA。
閉合S後,要測電壓表的內阻,可用電壓表測量自身電壓,電壓表讀數為150mV,電流表讀數為1.05mA,則電壓表內阻為Rmv==143。
教學評析:這是一道相對簡單一些的設計性電學實驗題。考查了有關伏安法測電阻實驗中電錶量程的選擇問題。此題中電壓表充當了兩個角色:既是電壓表又是被測電阻,我們知道電壓表是將電壓測量轉換為電錶電流和電錶電阻的乘積,即U=ⅠVRV,了解了這些知識後就可以把已知電阻的電壓表視為電流表來使用。本題剖析了實驗儀器的設計原理,突出了實驗儀器的靈活性知識,考查了學生的遷移能力和變換能力。
例2:測量電源的電動勢E及內阻r。
器材:量程3V的理想電壓表,量程為0.5A的電流表,固定電阻R=4,滑動變阻器R',開關S,導線若干。
畫出實驗電路原理圖,圖中每個元件需用題中給出的符號或字母標出。
實驗中,當電流表讀數為Ⅰ1時,電壓表讀數為U1;電流表讀數為時Ⅰ2,電壓表讀數為U2,則可求出E=_______ ,r=________。
解析:
由題中已知電壓表的量程為3V,而電源電動勢E約為4.5V,電壓表量程小於電源電動勢,所以電壓表不能直接接到電源兩端,故需要在教材原理實驗電路圖的基礎上再串聯定值電阻,作為保護電阻,以增大內阻減小路端電壓。
內接法和外接法的選取:題目中說明了電流表具有一定的內阻,一般情況下其與電池的內阻為同一數量級,若採用圖2所示電路,電流表內阻未知,無法計算。
分壓式和限流式的選取:題目中滑動變阻器的作用是控制電路中的電流,所以應採用限流式。
綜合分析可知電路採用限流式、內接法,如圖3所示。根據閉合電路歐姆定律可得:
E=U1+Ⅰ1
E=U2+Ⅰ2
教學評析:這是一道有一定難度的設計性電學實驗題,源於教材但又高於教材,需要打破思維定勢分析解決此題。對於給定的器材進行創新設計,才能求得電源電動勢及其內阻。
實際上,上述兩題都涉及到了儀器的合理選取、使用問題,儀器的選取、使用關係到設計性實驗的成敗,因此,應特別引起注意。概括起來應注意以下幾點:
安全性:主要指選用的實驗儀器在使用時不能損壞,保證實驗正常進行。如電流表和電壓表不能超過允許的最大量程,通過用電器和滑動變阻器及電源的電流不能超過其額定電流值等。
精確性:選用的實驗器材應儘可能地減小實驗誤差,精確度要高。如在選用的電流表和電壓表不超過量程的條件下,儘可能使儀表指針偏轉角度要大。對於歐姆表的選用,則要求指針最好在中間刻度附近的倍率檔位。若在實驗要求中不考慮電源內阻和電流表內阻的影響,或不考慮電壓表的分流作用,則選用的電源及電流表的內阻應儘量小,或電壓表的內阻儘量大。
方便性:實驗儀器的選擇應便於操作,選用儘量少的實驗儀器做最成功的設計性實驗方案。如使用滑動變阻器不僅要考慮滿足額定電流條件,還應考慮到接入的電阻是否能夠有效並且方便地調節被測電路的電流和電壓,使數據成線性變化。
可行性:實驗方案中對所選用的器材要易於配置,不能脫離實際,不能超越現有條件。
縱觀近年的全國高考物理實驗試題,測試目標明確,很好地體現了《考試大綱》的要求,充分滲透著創新意識,靈活、新穎的試題設置科學、規範,考查的內容有較為合理的覆蓋面和比例,體現了運用已學知識解決新問題的能力考核要求,起到了很好的示範導向作用。可以預見,隨著我國普通高中課程改革的穩步推進,重視理論聯繫實際,重視實驗教學和實踐探究能力的考查,尤其是設計性實驗的考查,將會成為高考內容改革的熱點。
小編為大家整理的高考物理實驗試題的分析就到這裡了,希望大家認真閱讀,祝大家學業有成。

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