对一道2017年中考物理实验题的商榷

2018-01-23唐学民徐正黄

中学教学参考·理科版 2017年12期

关键词：平衡条件

唐学民+徐正黄

[摘要]2017年苏州中考物理卷中有一道用倾斜杠杆探究杠杆平衡条件的试题，构思独特。但在信息传递、因果推理、科学导向等方面值得商榷，文章对此进行分析探讨。

[关键词]物理实验题；杠杆自重；力臂测量；平衡条件

[中图分类号]G633.7[文献标识码]A[文章编号] 16746058（2017）35004002

2017年江苏省苏州市中考物理试卷第27题第（3）小题是一道颇有创意，但值得商榷的试题。

原题节选：在“探究杠杆的平衡条件”实验中：

（3）杠杆处于图1所示位置时，小李同学就在杠杆上挂钩码进行实验，小明认为这样操作会对实验产生以下影响：

①杠杆自身重力可能会对实验产生影响

②可能不便于测量力臂或出现力臂测量错误

③无法得出杠杆平衡条件

你认为正确的是________。

A.①② B.①③C.②③

命题者提供的参考答案是A。

一、命题思路揣摩

试题的研究对象是图1所示的倾斜杠杆。按题中用语“处于图1所示位置时”，可认定此时杠杆是平衡的。相当于苏科版物理九年级上册第十一章第一节学生实验“探究杠杆的平衡条件”的第一步操作“安装好杠杆，调节杠杆两端的平衡螺母，使之在水平位置平衡”已经完成。因此“小李同学就在杠杆上挂钩码进行实验”，终能使杠杆再度在原倾斜角度位置平衡，也就是说倾斜的杠杆能得出杠杆的平衡条件。这样就排除了“③无法得出杠杆平衡条件”。基于杠杆是倾斜的，命题者认为“①杠杆自身重力可能会对实验产生影响；②可能不便于测量力臂或出现力臂测量错误”是正确的，选A。

二、原试题商榷

原题是值得商榷的。可以从如下三个方面分析：一是传递的信息；二是因果推理；三是科学导向。

1.传递的信息商榷

（1）操作选项解读

图1给出的倾斜杠杆平衡，“倾斜”和“平衡”是题给信息的两大特征。那么，该怎样对这一信息进行处理呢？设想将图1中倾斜杠杆的支点所在的区域局部放大，就有两种可能结构，如图2中的Ⅰ图和Ⅱ图所示。

Ⅰ图中的O点为杠杆的支点，C点为杠杆的重心，C点位于O点的正下方，这种平衡是

稳定平衡。如果轻轻拨动杠杆使其转动或摆动，最终平衡位置就是图1所示位置，也就是说这个位置杠杆自身重力的力臂为零，对杠杆的平衡不产生影响。这样，在杠杆上挂钩码进行实验，只要最终的平衡位置跟图1所示一样，就可不考虑杠杆的自身重力对杠杆平衡的影响，亦即杠杆的自身重力不影响杠杆平衡条件的得出。

這种背景下，这道实验题的答案只需要考虑②。但②有两段，一段是可能“不便于测量力臂”，它不影响得出杠杆平衡条件；另一段是“出现力臂测量错误”，那么肯定影响得出杠杆平衡条件。两方面兼顾②是否定，所以①②③均予以否定，A、B、C三个选项均是非选项。

Ⅱ图中的O点跟C点重合，这种平衡是随遇平衡。轻轻拨动杠杆，杠杆可以在任何位置平衡。那么，接下来挂钩码进行实验，就可以取最科学、最简易的操作，使杠杆在水平位置平衡，得出杠杆的平衡条件。显然，该背景下实验题的影响因素①②③全部否定，A、B、C三个选项均不适合。

（2）其他操作选项解读

杠杆处于图1位置时，就在杠杆上挂钩码进行实验，操作方法是多样化的。下面罗列两种（均以图2Ⅰ型做载体）。

其他操作一。在杠杆两侧挂钩码后，调节动力、动力臂、阻力、阻力臂，使杠杆改在水平位置平衡。记录四个量的大小，并有序改变其中若干量，进行多次测量比较。这样操作，关键动作是挂上钩码后，杠杆在水平位置平衡。那么对实验结果有什么影响呢？

①杠杆的自身重力肯定对杠杆的平衡产生影响，故①对；

②杠杆水平位置平衡，便于测量力臂，故②错；

③无法得出杠杆平衡条件，故③对。

正确的选项为B。

应该指出，将非水平位置的空载杠杆，负载后回归到水平位置平衡，这种操作是可行的、可取的，得出的选择B是可信的。

其他操作二。杠杆负载后调节动力、动力臂、阻力、阻力臂，使杠杆在非水平位置平衡。杠杆的倾斜角度不限，但肯定不在原倾斜位置，多次实验找规律均相同。操作二对实验产生的影响有：

①杠杆自身重力对杠杆平衡产生影响，①对；

②不便于测量力臂或易出现力臂测量错误，②对；

③无法得出杠杆的平衡条件，③对。

所列的A、B、C三选项均非选项。

2.因果推理的商榷

本试题是“探究杠杆的平衡条件”学生实验的实验题。因果关系中的“果”就是能否得出杠杆平衡条件，“因”就是题设条件，杠杆自身重力和力臂测量。因此，可以从下列两个方面讨论试题的因果推理。

（1）参考答案凸显因果关系相悖

参考答案是A。①②为正确选项，亦即杠杆自重和力臂测量可能影响得出杠杆平衡条件。现请读者思考如下一个问题：可能影响得出杠杆平衡条件跟无法得出杠杆平衡条件相近呢，还是跟能得出杠杆平衡条件相接近？毫无疑问前者接近，这表明选①②后理应考虑选③，不宜选①②后排除③。显然，参考答案选①②否定③，暴露了其推理逻辑中的因果关系是矛盾的。

（2）试题中三个影响因素因果表达词不达意

第一，对于“①杠杆自身重力可能会对实验产生影响”来说，除“可能”质疑外，因果关系也极不明确。第（3）小题题干的最后已写有“对实验产生影响”，两次重复出现的“产生影响”没有相隔几个字，但都没有言明对实验产生什么影响。建议改为“①杠杆自身重力会影响杠杆平衡，导致无法得出杠杆平衡条件”。

第二，对于“②可能不便于测量力臂或出现力臂测量错误”来说，因果关系更为混乱。一是开头的“可能”是否包括后面的力臂测量错误，不明确；二是“不便于测量力臂”和“出现力臂测量错误”，对实验影响的后果等级不同。“不便于测量力臂”，其后果只能给实验操作增添麻烦，不至于“无法得出杠杆平衡条件”；而“出现力臂测量错误”，肯定“无法得出杠杆的平衡条件”。较为科学的表述应将原表述改为两段“②不便于测量力臂，增加操作难度；③易出现力臂测量错误，导致无法得出杠杆平衡条件”。endprint

第三，对于“③无法得出杠杆平衡条件”来说，这一项应是“探究杠杆的平衡条件”这个实验的终极目标，它不是具体的操作因素影响，但它必须依附于具体操作和具体信息传递，故不应单独列项，而应将它分解到“自身重力”和“力臂测量”两个方面。

3.科学导向的商榷

“探究杠杆的平衡条件”是义务教育物理课程标准规定的20个学生必做实验之一。按照课标对学生实验的要求“应让学生在理解实验方案的前提下，自己选择器材，组合实验装置，自主进行实验，促进学生积极思考”。作为学生实验的实验题，理应体现《初中物理课程标准》的教学目标要求。那么，怎样理解“探究杠杆的平衡条件”的实验方案呢？简而言之，应科学地指导学生进行两次以上在水平位置平衡的操作。一次空载杠杆，其余是负载杠杆，并有机地与托盘天平平衡操作进行链接。审视这道实验题，它要排除“无法得出杠杆平衡条件”这一选项，必须进行两次非水平位置平衡的操作，要想通过这样的操作得出规律，是不太现实的。试题考查的是学生必做实验，但迄今为止没有一堂学生实验课是如此操作的。未经实践，哪能出真知，故有“闭门造车”之嫌。

实验题，特别是学生必做实验的实验题，命题时“需要正确认识物理实验的教学目标，注意把握实验教学的特点”，尤其要做到“按要求进行操作”，起到科学导向的作用。（引号中用语源于《初中物理课程标准》，全文同）

三、对原试题微调

本实验题是以一倾斜杠杆为载体探究杠杆平衡条件的，构思奇特新颖，很有开发价值。为提高它的区分度，笔者建议试题依附于一个具体操作，然后对影响实验结果的因素加以选择。现列举三个方案。

方案1 杠杆处于图1位置时，小李同学就在杠杆上挂钩码进行实验，挂上钩码后让杠杆在水平位置平衡。小明认为这样操作会对实验产生以下影响：

①杠杆自身重力会对杠杆平衡产生影响，导致无法得出杠杆的平衡条件

②不便于测量力臂，操作难度增加

③易出现力臂测量错误，导致无法得出杠杆的平衡条件

你认为正确的是_________ 。

答案：①。

方案2 杠杆处于图1位置时，小李就在杠杆上挂钩码进行实验。挂上钩码后，让杠杆仍旧在原位置上平衡。小明认为这样操作会对实验产生以下影响：

①杠杆自身重力会对杠杆平衡产生影响，导致无法得出杠杆的平衡条件

②不便于测量力臂，操作难度增加