评2016年高考实验题特点探2017年高考备考策略

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物理学是建立在实验基础上的学科。高考物理对实验问题的考查历来就很突出，从近几年高考物理实验题来看，高考物理试题中对实验的考查已从实验原理、步骤、数据处理、误差分析逐步过渡到要求考生理解实验原理，用实验方法解决新颖灵活的相关物理问题，强化对考生创新能力及探究能力的考查。试题从仪器的使用、原理的理解、器材的选取、电路的设计等多方面设置了新的物理情境。高考物理实验题分值一般较高，力学、电学实验并重，已成为近几年物理高考的热点、难点内容。本文从解析2016年高考物理实验试题的特点入手，探讨2017年高考物理实验备考策略。

1试题概述

除北京、上海卷外，高考物理实验题一般以力学、电学为主要内容分题考查，分值在15～20分之间，题型一般为填空、选择、作图、简答等，考查类型以基础应用、创新设计题为主。2016年高考物理实验试题统计情况见表1。

2试题特点

2.1注重基本仪器的使用与读数

[BFQ]2016年高考物理上海卷、江苏卷、浙江卷等分别考查了电表、毫米刻度尺、电阻箱、弹簧测力计等基本仪器的使用与读数；全国卷（I、II）、北京卷、上海卷、天津卷、浙江卷、海南卷等均考查了打点计时器的使用及纸带的测量与计算；全国卷II、北京卷、上海卷、天津卷、四川卷、浙江卷、海南卷等分别考查了电流表、电压表、多用表、滑动变阻器等基本器材的使用；上海卷、江苏卷、四川卷等还出现了DIS实验器材（如电压、电流传感器、光电门等）的使用。

考查基本仪器的使用和操作方法类考题，主要考查仪器的构造原理、操作技能、读数规则，尤其是有效数字的使用问题。这类题型主要以填空题为主，题目由单纯考查仪器的使用变为综合考题。物理科《考试说明》中要求考生熟练掌握的仪器有刻度尺、游标卡尺、螺旋测微器、天平、秒表、电火花计时器或电磁打点计点器、弹簧秤、温度表、电流表、电压表、多用电表、滑动变阻器、电阻箱等。此外，在备考复习中既要熟练掌握基本的传统实验器材的使用，还要了解DIS等实验器材的使用。

2.2注重基本实验的变化与创新

教材中与打点计时器相关的实验，如：研究匀速直线运动、探究加速度与力和质量间的关系、探究做功与动能变化的关系、验证机械能守恒定律等是一些基本的实验，对这些基本实验的创新与变化的考查，在高考中出现的频率很高，应引起高度重视。

例1：（全国卷I第22题）某同学用如图1（a）所示的装置验证机械能守恒定律，其中打点计时器的电源为交流电源，可能使用的频率为20 Hz、30 Hz和40 Hz，打出的纸带的一部分如图1（b）所示。该同学在实验中没有记录交流电的频率f，需要用实验数据和其他题给条件进行推算。

（1）若从打出的纸带可判定重物匀加速下落，利用f和圖1（b）中给出的物理量可以写出：在打点计时器打出B点时，重物下落的速度大小为；打出C点时，重物下落的速度大小为；重物下落的加速度大小为。

（2）已知s1=8.89 cm，s2=9.50 cm，s3=1010 cm，当地的重力加速度为g=9.80 m/s2，实验中重物受到的平均阻力大小约为其重力的1%，交流电的频率为

Hz。

解析：（1）打点周期为T=1/f，由于重物下落做匀变速运动，由匀变速运动的规律有：

vB=s1+s22T=12（s1+s2）f

vC=s2+s32T=12（s2+s3）f

a=s3-s12T2=12（s3-s1）f2

（2）设重物质量为m，由牛顿第二定律得：

mg-0.01 mg=ma

代入数据解得：

f=40 Hz

评析：本题用重物下落验证机械能守恒定律，但考虑到重物受到空气阻力、纸带与打点计时器间的阻力的影响，重物在实际下落过程中机械能不守恒。但若将以上的阻力视为不变的，则重物下落是一种匀变速运动。在此基础上，本题设“重物受到的平均阻力大小约为其重力的1%”，通过对纸带的测量来求交流电的频率f，这就是本实验的变化与创新之处。

3注重物理方法的迁移与应用

将教材中的实验原理和方法进行迁移，去设计实验，测量并解决其他的物理问题，能很好地考查考生思维的灵活性、发散性与应用性，这是高考实验题命题的一种思路与方法。

例2：（江苏卷第11题）某同学用如图2（a）所示的装置验证机械能守恒定律。[BFQ]一根细线系住钢球，悬挂在铁架台上，钢球静止在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带为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=d/t作为钢球经过A点时的速度。[BF]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=12mv2[BFQ]计算钢球动能变化的大小，用刻度尺测量遮光条宽度，示数如题图2（b）所示，其读数为cm。某次测量中，[BF]计时器的示数为0.010 0 s，则钢球的速度为v=m/s。

（3）表2为该同学的实验结果。

该同学发现表中的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。

解析：（1）钢球的重力势能变化量ΔEp=mgh中h应为钢球球心下降的高度，应选B选项。

（2）毫米刻度尺的精确度为1 mm，应估读到0.1 mm，读数为15.0 mm，即1.50 cm。

（3）不同意。因为空气阻力对小钢球做负功会使其ΔEk小于ΔEp，但表中ΔEk大于ΔEp。

（4）测出光电门（发射与接收红外线处）到悬点的长度L、钢球球心到悬点的长度l。在利用ΔEk=12mv2，计算钢球的ΔEk时，钢球的速度应为v′=

lLv（其中v=d/t）。

评析：本题中利用光电门测物体瞬时速度体现了极限思维的思想；考虑到有空气阻力做功，由动能定理知ΔEk<ΔEp；由于小钢球与遮光均绕悬点同轴转动，在任意时刻，小钢球与遮光条有相同的角速度ω。当钢球运动到悬点的正下方时，遮光条（在光电门发射与接收红外线处）的速度由表达式v=d/t可以测出，但它满足v=ωL；而钢球（球心）处的速度v′=ωl；因此有：v′=lLv。本实验的分析与求解用到了动能定理与圆周运动的规律，体现了知识的应用能力。

4注重实验原理的理解与分析

理解实验原理是进行实验设计、方案评估、控制条件、测量分析的前提，也是用实验手段进行分析和解决问题的关键。

例3：（天津卷第9题）某同学想要描绘标有“38 V，03 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05 A）；定值电阻R3（阻值等于1 kΩ）；定值电阻R4（阻值等于10 Ω）。

（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（填选项）。

解析：（1）由于小灯泡的额定电压Um=3.8 V，电压表V1的量程不够，但电压表V2的量程又太大，会导致读数的相对误差增大。考虑到题给的器材，可用量程为3 V的电压表V1与定值电阻R3串联，改装成一量程为U=Ugrg（rg+R3）=33 000（3 000+1 000） V=4 V的伏特表；小灯泡的额定电流Im=0.3 A，电流表A1的量程不够，但电流表A2的量程太大，会导致读数的相对误差增大。考虑到题目给的器材，可用量程为200 mA电流表A1与定值电阻R4并联，改装成量程为04 A（I=Ig+IgrgR4=0.2 A+0.2×1010 A=0.4 A）的安培表；由于待测小灯炮的电阻较小，应采取电流表外接法。电路图如图3所示。

（2）由于小燈泡的电阻随温度的升高而增大，故实际描绘的I-U图像应为B选项。

评析：本题考查电表的改装、器材的选取与电路的设计，关键是要理解实验原理。描绘小灯泡的伏安曲线，分别用电流表与电压表测出小灯泡的电流I与电压U，这与用伏安法测小灯泡的电阻的电路原理是相同的。由于本题中给出的电表量程不合适，需要对电表进行改装，把改装电表与伏安电路的设计融为一体，是本题的一种创新设计。只有在充分理解了实验原理后，才能对电表进行相关的改装，设计出符合实验要求的电路。

5注重实验数据的分析与处理

能用适当的方法分析与处理实验数据，不仅是一种基本的实验技能，也是灵活利用数学工具处理物理问题的一个重要表现。

例4：（四川卷第18题）用如图4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。实验主要步骤如下。

（1）将滑动变阻器接入电路的阻值调到最大，闭合开关。

（2）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。

（3）以U为纵坐标，I为横坐标，作U-I图线（U、I都用国际单位）。

（4）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的接线柱。

B.两导线接在滑动变阻器金属杆两端的接线柱。

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接线柱。

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

解析：（1）题给出的电路图测电源的电动势与内阻的方法是伏安法，其原理是E=U+Ir。在电表量程满足测量要求的前提下，当电压表内阻越大时，其分得的电流越小，实验误差也就越小，所以选内阻较大的电压表，即选A选项；当滑动变阻器接入电路中的电阻最小时通过电流表电流最大，其最大电流为Im=ER1+R2+r≈176 mA，所以选量程为200 mA的电流表，即选C选项。

（2）由电路分析可知，当滑片右移时电压表示数变大，即滑动变阻器接入电路中其有效阻值增大，只有C选项符合题意。

（3）实验中测出了一组电压表示数U与电流表的数I的测量值。

以U为纵坐标，I为横坐标，作U-I图线，

利用该图线对实验数据进行分析与处理。由E=U+I（r+R2），得：U=-（r+R2）I+E，故作出的U-I图线的斜率的绝对值k=r+R2，可得电源内阻r=k-R2；令U=0，得I=ER2+r=Ek，即为U-I图线在横轴上的截距大小，即a=I=Ek，故E=ka。

[BFQ]评析：本题考查了实验原理、电表的选取、滑动变阻器的构造原理与接线、电路的动态分析等，特别是对实验数据的分析与处理能力，具有一定的探究性与创新性。按照题给的实验电路的原理，U与I的关系是线性关系，需要根据实验原理得出其函数关系式，据函数关系式判断U-I图线的斜率与坐标轴上的截距的物理意义，由其物理意义进行分析与求解。值得注意的是，有些实验中要测量的两个物理量间的关系并不是线性关系，不符合通常用函数图像处理实验数据的习惯，需要进行数学分析，化曲为直，再结合线性图像进行求解。这是一种处理实验数据常用的技巧，应引起足够的重视。[BF]

6注重实验问题的引伸与探究

对问题的引伸与探究，能扩大和巩固研究成果，使问题的研究向更深入发展，能很好地体现出新课程课堂探究式的学习要求。

例5：（全国Ⅲ卷第22题）某同学用图5中所给器材进行与安培力有关的实验。两根金属导轨ab和a1b1固定在同一水平面内且相互平行，足够大的电磁铁（未画出）的N极位于两导轨的正上方，S极位于两导轨的正下方，一金属棒置于导轨上且与两导轨垂直。

（1）在图6中画出连线，完成实验电路。要求滑动变阻器以限流方式接入电路，且在开关闭合后，金属棒沿箭头所示的方向移动。

（2）为使金属棒在离开导轨时具有更大的速度，有人提出以下建议：

A.适当增加两导轨间的距离

B.换一根更长的金属棒

C.适当增大金属棒中的电流

其中正确的是（填入正确选项前的标号）。

解析：（1）依题意，金属棒所在的水平面的磁场方向竖直向下，要使金属棒向右运动，则通电后所受的安培力的方向水平向右，由左手定则知，棒中的电流方向应从a流向a1，连接后的电路如图6所示。

（2）设金属棒在两导轨间的有效长度为l，导轨间的动摩擦因数为μ，棒的质量为m，磁感应强度为B，棒中电流为I，导轨长度s，棒离开导轨时速度为v。由动能定理得：

BIl-μmgs=12mv2

可得：v=2BIlm-2μgs

[BFQ]增加两导轨间距离，可增大棒在两导轨间的有效长度l，可使v增大；换一根更长的金属棒，有效长度l不变，由于m增大，则v减小；适当增大金属棒中的电流I，可使v增大。正确选项为AC。[BF]

评析：研究安培力的大小与哪些因素有关，是教材中的一个演示实验。本题将这个演示实验进行了引伸与探究，提出“要使金属棒离开导轨时的速度增大”的建议，考查考生灵活地运用学过的物理知识（动能定理或牛顿运动定律与运动学公式）与实验方法去解决新问题的能力。它突出了学科特点，比较全面地考查了考生的综合探究能力，很好地体现了新课标的理念。

7备考策略

7.1立足教材中的基本实验

重视课本中的实验，熟练掌握实验原理、实验仪器的使用及实验中渗透的科学思想，学习基本仪器的使用方法和读数规则等实验技能，加强对实验数据的分析与处理能力的训练，主要表现在以下3个方面：分析推理、数据分析与处理方法、误差分析。

7.2实验中体现的研究性学习

在实验备考复习中，根据教材内容和学生实验中的方法，选好课题，在实验中进行研究性学习，写出实验研究方案，实验器材的选取，实验研究过程，数据统计与分析，对实验方案的优点与不足之处进行评估，分析实验误差等，培养学生的创新精神和实验能力。

7.3重视实验的设计与创新

重视对实验的思想方法及原理的深刻理解和熟练掌握，重视设计性实验方法的培养，注重用学过的物理知识、物理规律作为理论依据，进行实验设计与创新。高考物理实验可以分为5种类型：基础型、迁移型、应用型、设计型、探究型。其中设计型实验，要按以下思路去思考：明确实驗目的→选择实验原理→设计实验方案→分析筛选方案→选择实验器材→拟定实验步骤→进行实验操作→处理实验数据→得出实验结论→分析实验误差。

7.4加强实验综合度与信息量

加强实验综合训练，即重视实验练习、重视新情境的实验训练、加强实验信息的收集与处理，强调基本实验技能的动手落实。在动手操作中关注实验细节，拓展学生实验能力。

[BFQ]总之，高考物理实验备考复习要在熟练掌握基本器材使用、实验原理、实验步骤、数据处理以及误差分析的同时，着力领悟实验的设计思想、实验运用的科学方法、规范的操作程序，并从实际出发，合理的变通和创新改进，通过改变实验目的和要求、实验控制的条件、实验仪器操作方法等，培养学生运用实验的思想方法和设计创新实验的能力。[BF]

收稿日期：2017-03-27