全面考查 凸显特点 重视能力

成金德

摘 要：物理学是一门实验科学，高考中也充分体现了这一点。纵观全国各地高考试题，其中物理实验试题均占全卷的15%以上。因此，实验在高考中占有举足轻重的位置。本文就高考实验的特点及题型作些探讨。

关键词：实验；高考；特点；能力

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2016）10-0048-5

物理学是一门实验科学。高考“理科综合”试题中，实验是重要组成部分。当前，实验考试虽是纸上谈兵，但也能将学生的实验水平考查得很到位、很全面。本文就2016年的高考实验试题的特点及题型作些分析和探讨。

1 老——考查实验技能

2016年高考实验题中，通过对课本上的学生实验，考查学生实验的基本知识和基本技能依然是主旋律。考查中要求学生明确实验目的，理解实验原理和方法；会控制实验条件和使用实验仪器，会观察、分析实验得到的数据，会解释实验中产生的现象，得出合理的实验结论。对学生有没有做过实验，做实验的效果如何，都能有效地进行考查。

例1 （2016年天津9（2）题）某同学利用如图1所示装置研究小车的匀变速直线运动。

（1）实验中必要的措施是（ ）

A.细线必须与长木板平行

B.先接通电源再释放小车

C.小车的质量远大于钩码的质量

D.平衡小车与长木板间的摩擦力

（2）他实验时将打点计时器接到频率为50 Hz的交流电源上，得到一条纸带。打出的部分计数点如图2所示（每相邻两个计数点间还有4个点，图中未画出）。s1=3.59 cm；s2=4.41 cm；s3=5.19 cm；s4=5.97 cm；s5=6.78 cm；s6=7.64 cm。则小车的加速度a=________m/s2（要求充分利用测量数据）。打点计时器在打B点时小车的速度vB=________m/s。（结果均保留两位有效数字）

分析 这是一道考查课本上“研究匀变速直线运动”实验的常规题。由于这套实验装置可以用来完成多个力学实验，所以，要特别注意“研究匀变速直线运动”和“验证牛顿第二定律”等两个实验的区别。在“验证牛顿第二定律”的实验中，要求小车的质量远大于钩码的质量和平衡小车与长木板间的摩擦力；但对于“研究匀变速直线运动”实验是不必要的。

对于第（1）问，在本实验中，细线必须与长木板平行，以减小实验的误差，选项A正确；实验时要先接通电源再释放小车，选项B正确；此实验中没必要要求小车的质量远大于钩码的质量，选项C错误；此实验中不需平衡摩擦力，选项D错误。

第（2）问，两相邻计数点间的时间间隔T=0.1 s；由逐差法可得

打点计时器在打B点时小车的速度

2 细——考查操作技术

近年来，在实验考查中，考查的内容不断细化，尤其重视对实验细节的考查。如果学生没有认真做过实验，没有亲身体验过实验的操作细节，在实验题的考试中，根本就无法解答这样的问题。这类实验题虽然不难，但如果没有做过实验，就无力解答。这样的考查能促使学校、教师和学生重视实验，让学生真正走进实验室，认真完成每一个学生实验。

例2 （2016年上海28题）“用DIS描绘电场的等势线”的实验装置示意图如图3所示。

（1）（单选题）该实验描绘的是（ ）

A.两个等量同种电荷周围的等势线

B.两个等量异种电荷周围的等势线

C.两个不等量同种电荷周围的等势线

D.两个不等量异种电荷周围的等势线

（2）（单选题）实验操作时，需在平整的木板上依次铺放（ ）

A.导电纸、复写纸、白纸

B.白纸、导电纸、复写纸

C.导电纸、白纸、复写纸

D.白纸、复写纸、导电纸

分析 这个实验是用电流场来模拟静电场，所以，“三纸”放置秩序很讲究；即导电纸必须放在最上面一层。若导电纸只有一面有导电物质的，则有导电物质的这一面应朝上，这样才能形成电流场。这是实验的细节问题，没有亲身经历过，这样的问题是无力解答的。

（1）在该实验中，将A、B两个接线柱分别接到电源的正负极上，使得接正极的金属柱带正电，接负极的金属柱带负电，由此来模拟等量异种电荷产生的电场的等势线。所以，选项B正确。

（2）导电纸必须放在最上面一层，接着，依次是复写纸和白纸。故本题的正确选项是D。

3 活——考查设计能力

设计型实验题是考查学生实验设计能力的关键题型，这类题型往往被命题者所青睐。设计型实验题一般要求学生根据题目提出的目的、要求和给出的器材，设计出实验方案。在设计中，要求学生能深刻理解相关的物理规律；能熟练地将课本中学生实验和演示实验的实验原理、实验方法迁移到新的背景中。设计时应遵循科学性、可行性、精确性、简便性这四条基本原则。

例3 （2016年天津9（3）题）某同学想要描绘标有“3.8 V，0.3 A”字样小灯泡L的伏安特性曲线，要求测量数据尽量精确，绘制曲线完整。可供该同学选用的器材除了开关、导线外，还有：

电压表V1（量程0～3 V，内阻等于3 kΩ）；

电压表V2（量程0～15 V，内阻等于15 kΩ）；

电流表A1（量程0～200 mA，内阻等于10 Ω）；

电流表A2（量程0～3 A，内阻等于0.1 Ω）；

滑动变阻器R1（0～10 Ω，额定电流2 A）；

滑动变阻器R2（0～1 kΩ，额定电流0.5 A）；

定值电阻R3（阻值等于1 Ω）；

定值电阻R4（阻值等于10 Ω）；

定值电阻R5（阻值等于1 kΩ）；

电源E（E=6 V，内阻不计）。

（1）请画出实验电路图，并将各元件字母代码标在该元件的符号旁。

（2）该同学描绘出的I–U图像应是图4中的______。

分析 （1）本题考查学生实验“探究小灯泡的伏安特性曲线”。由于小灯泡的规格是“3.8 V，0.3 A”，因此，此题中所给的电流表和电压表的量程都不适合；所以，电流表和电压表都需要改装。

由于小灯泡的电阻较小，应采用电流表外接法。为使绘制曲线完整，尽可能使小灯泡两端的电压范围大，因此，滑动变阻器应接成分压式，且选择阻值较小的滑动变阻器R1。所以，电路可设计成如图5所示的实验电路。

（2）由于小灯泡的灯丝电阻随温度升高而增大，所以，该同学描绘出的I-U图像应是图4中的B选项。

4 变——考查应变能力

以课本中的学生实验为基础，根据学生的认知结构和物理实验特点，通过改变实验目的、实验要求、实验控制条件、测量对象、实验仪器、实验图景等，提出新的实验课题，这类实验题称为拓展型实验题。解答这类实验题，要求学生运用已学的实验理论、实验方法去解决新情景下的实验问题。由于这种拓展性实验题是在原有学生实验中拓展而来的，渗透了新的实验思想方法及情景，因而考查了学生对原有学生实验的应变能力。

例4 （2016年四川Ⅱ题）用如图6所示电路测量电源的电动势和内阻。实验器材：待测电源（电动势约3 V，内阻约2 Ω），保护电阻R1（阻值10 Ω）和R2（阻值5 Ω），滑动变阻器R，电流表A，电压表V，开关S，导线若干。

实验主要步骤：

（i）将滑动变阻器接入电路的阻值调到最大，闭合开关；

（ii）逐渐减小滑动变阻器接入电路的阻值，记下电压表的示数U和相应电流表的示数I；

（iii）以U为纵坐标，I为横坐标，作U–I图线（U、I都用国际单位）；

（iv）求出U–I图线斜率的绝对值k和在横轴上的截距a。

回答下列问题：

（1）电压表最好选用_____；电流表最好选用_____。

A.电压表（0～3 V，内阻约15 kΩ）

B.电压表（0～3 V，内阻约3 kΩ）

C.电流表（0～200 mA，内阻约2 Ω）

D.电流表（0～30 mA，内阻约2 Ω）

（2）滑动变阻器的滑片从左向右滑动，发现电压表示数增大。两导线与滑动变阻器接线柱连接情况是_____。

A.两导线接在滑动变阻器电阻丝两端接线柱

B.两导线接在滑动变阻器金属杆两端接线柱

C.一条导线接在滑动变阻器金属杆左端接线柱，另一条导线接在电阻丝左端的接线柱

D.一条导线接在滑动变阻器金属杆右端接线柱，另一条导线接在电阻丝右端的接线柱

（3）选用k、a、R1和R2表示待测电源的电动势E和内阻r的表达式E=______，r=______，代入数值可得E和r的测量值。

分析 该实验题是课本上的“测量电源的电动势和内阻”实验的改进实验；与课本中的实验不同之处，就是增加了两个保护电阻。此实验产生误差的原因是电压表的分流作用，故选择电压表时要尽量用内阻较大的电压表。

（1）电压表应选择内阻较大的A。根据闭合电路的欧姆定律可求出电路中可能达到的最大电流为I==≈0.18 A。

所以，电流表应选择C。

（2）当滑动变阻器的滑片自左向右滑动时，发现电压表的示数增大，则说明外电路的总电阻增大，也即滑动变阻器的有效电阻增大。则只有在一条导线接在滑动变阻器金属杆左端接线柱，另一条导线接在电阻丝左端的接线柱的情形下才能实现，故选项C正确。

（3）根据闭合电路的欧姆定律可知，在U-I图像上的斜率等于电源内阻r和电阻R2之和，即电源的内阻r=k-R2。在U-I图像中，U轴上的截距即为电源电动势E，则E=ka。

5 新——考查迁移能力

有这样一类实验题，它们并不是课本上现成的学生实验，而是以某一物理现象或某一演示实验作为基础，来实施和完成某一物理实验。这类实验要求学生用所学的物理知识、实验方法、用过的仪器进行新的实验，从而达到考查学生的实验能力和迁移能力的目的。

例5 （2016年江苏11题）某同学用如图7所示的装置验证机械能守恒定律。一根细线系住钢球，悬挂在铁架台上，钢球静止于A点，光电门固定在A的正下方。在钢球底部竖直地粘住一片宽为d的遮光条。将钢球拉至不同位置由静止释放，遮光条经过光电门的挡光时间t时由计时器测出，取v=作为钢球经过A点时的速度。记录钢球每次下落的高度h和计时器示数t，计算并比较钢球在释放点和A点之间的势能变化大小ΔEp与动能变化大小ΔEk，就能验证机械能是否守恒。

（1）ΔEp=mgh计算钢球重力势能变化的大小，式中钢球下落高度h应测量释放时的钢球球心到___________之间的竖直距离。

A.钢球在A点时的顶端；

B.钢球在A点时的球心；

C.钢球在A点时的底端。

（2）用ΔEk=mv2计算钢球动能变化的大小，用刻度尺测量遮光条宽度，示数如图8所示，其读数为___________cm。某次测量中，计时器的示数为0.0100 s，则钢球的速度为v=____________m/s。

（3）下表为该同学的实验结果：

他发现表中的ΔEp与ΔEk之间存在差异，认为这是由于空气阻力造成的。你是否同意他的观点？请说明理由。

（4）请你提出一条减小上述差异的改进建议。

分析 此实验的目的是验证机械能守恒定律，但没有选用课本上的学生实验，而是选用小球向下摆动这个现象来验证。虽说实验的情景新了，但实验的原理并没有变化。

（1）小球下落的高度应是初末位置小球球心间的竖直距离，所以选B。

（2）由图8可读出测量值为1.50 cm，小球的速度由v=计算，解得v=1.50 m/s。

（3）若是空气阻力造成的，则应该是重力势能转化为动能和克服阻力做功，即ΔEk小于ΔEp；由此可知，表格数据的差异不是空气阻力造成的。

（4）由v=计算出的速度实为遮光条的速度，而遮光条的速度与小球的速度有误差。可分别测出光电门和球心到悬点的长度L和l，由于遮光条与小球的角速度相等，则计算ΔEk时，将v折算成钢球的速度v'=v。

6 用——考查应用能力

以生活、生产和现代科技中的某一实际问题为背景立意命题，要求学生能够从题给的文字、图表和器材中捕获有效信息，从中找出适合的物理规律，通过联想、等效、类比等思维方法建立与新情景对应的物理模型，并在旧知识与物理模型之间架设桥梁，将旧知识迁移并运用到新情景中去。

例6 （2016年全国I卷第11题）现要组装一个由热敏电阻控制的报警系统，要求当热敏电阻的温度达到或超过60 ℃时，系统报警。提供的器材有：热敏电阻，报警器（内阻很小，流过的电流超过IC时就会报警），电阻箱（最大阻值为999.9 Ω），直流电源（输出电压为U，内阻不计），滑动变阻器R1（最大阻值为1000 Ω），滑动变阻器R2（最大阻值为2000 Ω），单刀双掷开关一个，导线若干。

在室温下对系统进行调节。已知U约为18 V，IC约为10 mA；流过报警器的电流超过20 mA时，报警器可能损坏；该热敏电阻的阻值随温度升高而减小，在60 ℃时阻值为650.0 Ω。

（1）完成如图9所示的待调节的报警系统原

理电路图的连线。

（2）电路中应选用滑动变阻器________（填“R1”或“R2”）。

（3）按照下列步骤调节此报警系统：

①电路接通前，需将电阻箱调到一固定的阻值，根据实验要求，这一阻值为______；滑动变阻器的滑片应置于_______（填“a”或“b”）端附近，不能置于另一端的原因是_____________。

②将开关向_______（填“c”或“d”）端闭合，缓慢移动滑动变阻器的滑片，直至__________。

（4）保持滑动变阻器滑片的位置不变，将开关向另一端闭合，报警系统即可正常使用。

分析 本题考查闭合电路欧姆定律和等效替换法的应用。应用等效替换法时，先用电阻箱代替热敏电阻调节电路，然后，再接入热敏电阻时，就可以直接工作，这种做法灵活、方便、安全。

（1）调节电路时，应调节电阻箱的阻值等于650.0 Ω，即等于温度为60 ℃时的热敏电阻的阻值，使报警器处于正常报警状态，因此，电路图可设计为如图10所示。

（2）通过报警器的电流应控制在10mA≤Ic≤20mA内，根据闭合电路的欧姆定律IC=代入数据求得900 Ω≤R≤1800 Ω，故滑动变阻器选R2。

（3）①本题需应用等效替换法。先用电阻箱代替热敏电阻，将电阻箱的阻值调节到热敏电阻的临界电阻，也就是温度在60 ℃时的阻值650.0 Ω；调节时，为防止接通电源后，流过报警器的电流超过20 mA，将损坏报警器。因此，滑动变阻器的滑片应置于b端。

②先将电阻箱的电阻接入电路，调节滑动变阻器的电阻，调至报警器开始报警时，再保持滑动变阻器的阻值不变。然后，通过单刀双掷开关将热敏电阻接到电路上，当热敏电阻的阻值是650.0 Ω时，也就是温度达到了60 ℃，报警器开始报警。

总之，当今的高考实验考查侧重于实验原理的掌握、器材的选择、器材的使用、数据的处理、实际的操作、简单的设计、方法的应用等方面，其中对实验实际操作能力的考查有越来越热的趋势。因此，在高考实验复习中，必须以掌握常规实验原理、实验方法、规范操作程序、数据处理方法等为本；注意从常规的实验中，善于总结、提取和积累有效的实验方法，注意常回家（实验室）看看，从而实现准确、快速和灵活解答高考实验题的目的。

参考文献：

[1]沈祖荣.2014年高考物理江苏卷实验题的考查及对物理教学的启示[J].物理教师，2015，36（3）：74—76.