2017年高考江苏卷物理实验题赏析

2017-11-07

物理之友 2017年10期

关键词：热敏电阻变阻器电表

(江苏省南菁高级中学，江苏江阴 214437)

2017年高考江苏卷物理实验题赏析

卞望来①

(江苏省南菁高级中学，江苏江阴 214437)

通过品读2017年高考江苏卷物理实验题，发现它们延续了多年江苏省试题命制的特色：实验情境真实，注重基本实验素养考查，加强了对实验操作、探究的考查。试题体现了对高中物理核心素养的要求，为今后高中物理实验教学指明了方向。

高考物理；物理实验；实验教学；启示

仔细解读2017年江苏高考物理卷命题，可发现其特点与往年保持一致，特别是两道实验题延续了多年试题命制的特色：实验情境真实，贴近生活实际，注重基本实验素养考查，加强了对实验操作、探究的考查。实验试题紧扣《2017年江苏省普通高中学业水平测试(必修科目)说明》(物理)(以下简称《高考说明》)。两道实验题为一力学、一电学，力学实验题考查的是“探究恒力做功与物体动能变化的关系”，试题与教材结合紧密。电学为一道探究性实验题，探究味浓，考查了实验的基本技能。本文对2017年高考江苏物理卷的实验题加以分析，进一步挖掘试题的内涵，体会命题者的意图，为今后的实验教学提供有益的参考。

1 高考实验题分析

例1:利用如图1所示的实验装置探究恒力做功与物体动能变化的关系。小车的质量为M=200.0g，钩码的质量为m=10.0g，打点计时器的电源为50Hz的交流电。

图1

(1) 挂钩码前，为了消除摩擦力的影响，应调节木板右侧的高度，直至向左轻推小车观察到。

(2) 挂上钩码，按实验要求打出的一条纸带如题图2所示。选择某一点为O，依次每隔4个计时点取一个计数点。用刻度尺量出相邻计数点间的距离Δx，记录在纸带上。计算打出各计数点时小车的速度v，其中打出计数点“1”时小车的速度v1= m/s。

图2

表1

请根据表中的数据，在答题卡的方格纸上作出ΔEk-W图像(如图3)。

图3

(4) 实验结果表明，ΔEk总是略小于W。某同学猜想是由于小车所受拉力小于钩码重力造成的。用题中小车和钩码质量的数据可算出小车受到的实际拉力F= 。

解析：本题是以“探究恒力做功与物体动能变化的关系”为背景,要求学生明了平衡摩擦力的方法，会计算纸带上某点的速度，根据数据合理作图，利用牛顿第二定律计算小车受到的实际拉力。

(1) 本问很直接，没有问学生要不要挂钩码，而是说明了挂钩码前，为了消除摩擦力的影响，应调节木板右侧的高度，用重力的分力平衡摩擦力后，小车所受合力为零，所以应填：小车做匀速运动。

(3) 根据题中所给数据，合理确定物理量的标度，然后描点作图，要使数据点尽可能近地分布在直线两侧(如图4)。

图4

(4) 由实验结果可知，ΔEk总是略小于W。由于学生实际上已知道了动能定理，能够推断是小车所受拉力小于钩码重力造成的。对小车和钩码整体由牛顿第二定律得：mg=(M+m)a,再对于小车，有：F合=F=Ma，由二式联立得F=0.093N。在计算过程中，g取9.8m/s2，不能用10m/s2，这是实验常规要求。

点评：本实验是教材中的一个重要实验，也是今年物理《高考说明》中新增的一个实验考点，根据多年惯例凡是考试说明中的新增考点，在当年考试中要有所体现，充分体现了《高考说明》的导向性。本实验虽源于教材，但高于教材，用钩码拉小车做功替代橡皮筋拉小车做功，实验可操作性强且精度高，也便于学生接受。本实验的4个设问环环相扣，考查了学生的实验基本技能，这体现了要从实验中发现、解决问题的考查意图，也考查了学生的实验素养。

例2：某同学通过实验制作一个简易的温控装置，实验原理电路图如图5所示，继电器与热敏电阻Rt、滑动变阻器R串联接在电源E两端，当继电器的电流超过15mA时，衔铁被吸合，加热器停止加热，实现温控。继电器的电阻约为20Ω，热敏电阻的阻值Rt与温度t的关系如表2所示。

图5

表2

(1) 提供的实验器材有：电源E1(3V，内阻不计)、电源E2(6V，内阻不计)、滑动变阻器R1(0～200Ω)、滑动变阻器R2(0～500Ω)、热敏电阻Rt，继电器、电阻箱(0～999.9Ω)、开关S、导线若干。

为使该装置实现对30～80℃之间任一温度的控制，电源E应选用 (选填“E1”或“E2”)，滑动变阻器R应选用 (选填“R1”或“R2”)。

(2) 实验中发现电路不工作，某同学为排查电路故障，用多用电表测量各接点间的电压，则应将如图6所示的选择开关旋至 (选填“A”、“B”、“C”或“D”)

图6

(3) 合上开关S，用调节好的多用电表进行排查，在图5中，若只有b、c间断路，则应发现表笔接入a、b时指针 (选填“偏转”或“不偏转”)，接入a、c时指针 (选填“偏转”或“不偏转”)。

(4) 排除故障后，欲使衔铁在热敏电阻为50℃时被吸合，下列操作步骤正确顺序是。(填写各步骤前的序号)

① 将热敏电阻接入电路；

② 观察到继电器的衔铁被吸合；

③ 断开开关，将电阻箱从电路中移除；

④ 合上开关，调节滑动变阻器的阻值；

⑤ 断开开关，用电阻箱替换热敏电阻，将阻值调至108.1Ω。

解析：本题是以制作一个简易的温控装置为背景，考查学生对电源、滑动变阻器的选择，要求学生对闭合电路欧姆定律要充分理解。排查电路故障，就是考查学生对多用电表的掌握情况。写出正确操作步骤，考查了学生实验操作能力和探究能力，是对高中物理核心素养中“正确实施实验探究方案的能力”的考查。

(1) 在回答该问时，学生首先要弄清电路中有两个回路：加热回路和控制回路。选择电源E与滑动变阻器R是在控制回路中，先考虑选择电源，若电源是E1(3V，内阻不计)，由题意，该装置要实现对30～80℃之间任一温度的控制，要注意的是继电器的电阻约为20Ω，当温度为30℃时，热敏电阻的阻值为199.5Ω，即使滑动变阻器电阻调为0，此时回路电流也达不到15mA，回路失去控制，因而电源要选择E2。当温度为80℃时，热敏电阻的阻值为49.1Ω，如果滑动变阻器选用R1(0～200Ω)，即使电阻调为200Ω，回路中的电流也会超过15mA，因而回路不能对温度为80℃进行控制，所以滑动变阻器要选择R2。

(2) 要求排查电路故障，对多用电表的选择开关作出判断。为降低难度，特别说明用多用电表测量各接点间的电压，并注意到要探测的是直流电压，所以选择开关旋至直流电压挡，即C。

(3) 考查了学生的实验操作能力，要做出正确判断，关键是明确此时多用电表相当于一只电压表，所以合上开关S，用调节好的多用电表进行排查，在图6中，由于只有b、c间断路，则当表笔接入a、b时，整个电路处于断路，没有电流通过多用电表，所以指针不偏转，当表笔接入a、c时，电路处于导通状态，所以多用电表有读数，指针偏转。

(4) 是该小题最难的一问，要求学生对探究步骤进行正确排序。为使衔铁在热敏电阻为50℃时被吸合，50℃时热敏电阻阻值为108.1Ω，先断开开关，用电阻箱替换热敏电阻，将阻值调至108.1Ω，然后合上开关，调节滑动变阻器的阻值，观察到继电器的衔铁被吸合，最后再将热敏电阻替换电阻箱，正确顺序是⑤④②③①。

点评：这是一道探究性实验题，探究味浓，贴近生活实际，可操作性强。本小题考查了闭合电路欧姆定律、多用电表开关选择及电路故障判断、热敏电阻特性和科学探究等，是对教材中实验的横向拓展和纵向延伸，要求学生有较强的思维能力和探究能力，这充分展示了试题命制人的独特视角。

2 对实验教学的启示

由以上分析可以看出，力学实验来源于教材，电学实验是一道探究性实验，这两个实验集中考查了学生基本实验技能和素养，对中学物理实验教学有如下启示。

(1)要把握江苏省高考物理实验命题特点，认真研读《高考说明》，掌握说明中关于实验与探究能力方面四个要求：① 能独立完成《高考说明》中“实验、探究”的内容，明确实验目的，理解实验原理和方法，控制实验条件。② 会使用实验仪器，会观察、分析实验现象，会记录、处理实验数据，并得出结论，对结论进行一定的分析和评价。③ 能在实验中发现问题、提出问题，对解决问题的方式和问题的答案提出假设；能制定实验方案，对实验结果进行预测。④ 能运用已学过的物理理论、实验方法和所给的实验仪器去解决问题，包括简单的设计性实验。在今年的高考物理实验中上述四个要求都得到了充分体现。

(2) 在高三物理实验复习教学中，教师要引导学生从实验原理和方法入手，正确使用实验仪器，处理实验数据，能分析实验误差的来源，对实验操作和减少实验误差提出合理建议，要注意数据处理中有效数字的要求，掌握基本实验仪器的使用规范。以典型的实验为例题，培养学生的实验技能。如在复习“加速度与物体质量、物体受力的关系”实验中，要让学生知道采用控制变量法来探究它们之间的关系，理解为什么要平衡摩擦力、什么情况下砝码的质量要远小于小车质量、什么情况又不需要这个条件。在实验复习教学中，要重视学生的实验操作，让学生在实验中暴露问题，自主解决实验过程中出现的问题，养成实事求是的科学态度。

(3) 由于高考实验题重视教材但不拘泥于教材，因此在实验复习教学中，教师要重新审视教材中的实验，从实验器材整合、实验方法比较的视角，让学生从本质上真正理解和把握实验原理。如在电学实验中，有关滑动变阻器选择和使用，通过实际例题说明什么情况要选择变化范围大的滑动变阻器，什么情况又要选择变化范围小的滑动变阻器。分析滑动变阻器何时用限流式连接，何时用分压式连接。在高考实验中总会出现探究性实验，因此教师要以基本实验为基点，拓展问题呈现的形式，挖掘问题的视角，设置探究的实验情境，让学生学会探究，培养学生的科学思维能力。