高考物理实验题解题策略分析

焦健生 吴胜强

[摘 要]实验与探究能力是高考必考能力之一。历年来，高考实验题考查的知识往往涉及实验原理和方法、基本仪器的工作原理及使用、实验方案的选择或设计、实验数据的获取及处理、实验误差分析等。考查的实验能力有灵活运用实验知识的能力，不同情景下迁移和变通实验知识的能力。针对高考对实验能力考查的要求，如何更好地提高学生实验题的应试能力，文章谈了高考物理实验题的三个解题策略。

[关键词]联想迁移;同中求异;异中求同;发散思维;收敛思维

[中图分类号]G633.7

[文献标识码] A

[文章编号]1674-6058（2020）14-0026-03

物理是一门以实验为基础的学科，物理实验是培养学生学科核心素养的重要途径。教师应当充分利用好教材中的演示实验和学生实验培养学生的物理实验能力，即物理仪器使用能力、图表信息识别能力、实验设计能力、实验操作能力、实验条件控制能力、数据记录能力、实验数据处理能力、实验结果分析能力。

长期以来，高考坚持“以基础知识为基点，以能力测试为主导”的命题指导思想。纵观历年各地高考物理实验试题，呈现出两大特点：一是以教材中的演示实验和学生实验为基础，对教材实验的原理和方法、步骤和数据处理等进行适当的改进和拓展;二是以高中物理知识和实验必备知识为基础，以科技生产、生活实际等为情景，设计一个实验，试题具有创新性和灵活性。如何更好地提高学生实验题的应试能力？下面就来谈谈高考物理实验题的三个解题策略。

策略一：联想迁移，综合分析

高考为了考查学生对知识的变通迁移能力，往往创设出方法不同于常规实验的试题。所谓“联想迁移”，就是在审题时由实验日的联想相关规律和公式;根据所给器材，特别是器材后小括号内的标注猜测实验所需要的东西;根据试题要求，特别是一些关键要求，确定实验方案，最后综合分析得到解题方案，其思维流程框图如图1所示。

[例1]某实验课，教师要求学生测量电压表的内阻，提供了这样一些器材：待测电压表（量程3V，内阻约为3000Ω）;电阻箱R_n（最大阻值为99999.9Ω）;最大阻值100Ω的滑动变阻器R₁，其额定电流2A;电源的电动势6V，内阻不计;开关2个;导线若干。

（l）图2-1所示虚线框内为某同学设计的电路图的一部分，请设计一个电路，完成该实验并将电路图补全。

（2）写出实验的操作步骤：

（3）进行误差分析.测量值RR_v测________RR_v真（填“>”“=”或“<”），理由是________________.

策略：本题要求测电表电阻，其中电路的设计，涉及测电压表内阻的方法设计，以及滑动变阻器的连接方式。测量电阻应立即联想到伏安法测电阻，即及R=U/Ⅰ，但题中并无电流表，而给了阻值可读出的电阻箱，应联想到“替代法”或“半偏法”，由于本题中因电压表的内阻大电流小，“替代法”不可采用而应采用“半偏法”，即电压表满偏时通过该表的电流是半偏时通过该表电流的两倍。

滑动变阻器在电路中的作用有两种：限流作用和分压作用。本题所给的滑动变阻器的阻值比电阻箱最大阻值小了很多，故不能使用限流式接法，而使用分压式接法。

简析：综上可知，设计的电路为图2-2所示。操作步骤按实验的操作规范进行。第一步，移动滑动变阻器R₁的滑片到最左端;第二步，闭合s₁、s₂，调节R₁，使电压表指针满偏;第三步，不改变滑动变阻器阻值，断开s₂，调节R₀至电压表指针半偏，此时电阻箱的阻值就是电压表内阻。

误差分析：开关S₂打开后，电压表和电阻箱串联的支路阻值变大，电压也变大，则R₀两端的电压大于电压表半偏时的电压，所以，电压表内阻的测量值大于其真实值。

策略二：同中求异，发散思维

一个人的创新能力往往体现在他能够克服思维定式的负效应，不被已有的知识和方法固化自己的思维。高考实验试题往往源于教材但又不拘泥于教材，更多的是在教材实验的基础上創没新情境和新方法，形同而质不同。

这就要求学生能够用教材中的实验原理、方法和技巧来处理试题中的新问题，即所谓的“同中求异”。如图3是解决“同中有异”类实验试题的思维导图，学生应当学会对比和类比，也就是寻找试题中的实验与平时所接触的实验的异点，是否多了或少了器材，或器材发生了变化，从变化中联想到所给器材的作用，从而一改已有的实验原理或方法，寻找新的解题突破口。

[例2]甲、乙两个实验小组，分别用两个实验方案来“探究加速度和力、质量的关系”。

（1）甲组用如图4-1所示的实验装置，带定滑轮的长木板放置在水平桌面上，砂桶细线绕过小车上的定滑轮系着一个固定的拉力传感器。实验时，下列四个选项中必要且正确的是_________。

A.将长木板有端适当垫高，使小车能自由匀速滑动

B.小车靠近打点计时器，先接通电源，再释放小车，打出一条纸带，同时记录传感器的示数

C.为了减小误差，实验中一定要保证砂和砂桶的质量远小于小车的质量

D.用天平测出砂和砂桶的质量

（2）乙组用如图4-2所示的实验装置。

①正确实验操作中，打出了一条如图4-3所示的纸带，取连续的一些计数点（每两个计数点间还有四个计时点没标出来），打点计时器的频率为50 Hz。求第4个计数点对应的小车速度ν₄=_____m/S;小车的加速度a=_______m/S²。（保留三位有效数字）

②平衡了摩擦力后，在小车质量M保持不变的情况下，不断往砂桶里加砂，直到砂的质量最终达到M。测出每次加砂后，砂和砂桶的总重力F和小车的加速度A，作a-F的图像（图4-4）。下列图线正确的是________。

策略：本题是一个创新型的力学实验题，学生审题后，自然联想到平衡摩擦力和砂及砂桶的质量远小于小车的质量，如果没有理解本题的实验方法，肯定会因思维定式而犯错。

对比发现，本题的实验装置与教材中实验装置有类似之处，但更重要的是有不同之处，多了一个拉力传感器，小车上多了定滑轮且细绳的绕法也不同。这几个不同点应当是思维的关键点，破题的关键。有了拉力传感器，小车所受的拉力就可以测定，估计不必要求小车的质量远大于砂和砂桶的质量。平衡摩擦力后也不必用天平测㈩砂和砂桶的质量。另外，本题的误差分析，用数学表达式来分析会比较严谨。

简析：（1）实验前必须要平衡摩擦力，A正确;实验时小车应靠近打点计时器，先通电源，后放小车，记录拉力传感器的示数，B正确;拉力传感器示数为绳子的拉力，这就不需要砂和砂桶的质量远小于小车的质量，也不必测出砂和砂桶的质量，C、D项错误。

（2）①ν₄=1.21 m/s;根据△x=aT²，a=2.02m/s²。

②平衡摩擦力后，对小车和砂及砂桶整体有：mg=（M+m）a，联立可得：a=mg/M+m。当m≤M时，则a=mg/M=F/M，则a-F的图像是过原点的一条倾斜直线;当不满足m≤M时，则应遵循a=F/（M+m）规律，当砂的质量增加时，a-F图像的斜率k=1/（M=m）将不断减小，故图线会出现下弯的情况。

策略三：异中求同，收敛思维

每年的高考实验题都会有一定的创新或改编，主要是在试题情境的设计上进行了较多的创新，当然，物理知识和实验能力要求一定不会变，即“万变不离其宗”，这就需要学生要有一定的科学探究能力和思维变通能力，既会发散思维又会收敛思维，要善于改变传统的思维方式，运用新的思维方式分析和处理问题。

创新型的实验题往往会融合一些生活或科技方面的新情境，创设新方案或新问题，针对这些新情境、新方案、新问题，要学会去伪存真，着力于异中求同，剔除新情境中无用的信息，寻求与常规实验相似的地方，然后运用熟知的原理、方法进行解答，即所谓的“异中求同”。如图5是解决“异中求同”类实验试题的思维导图。

[例3]在一次研究性学习比赛活动中，教师提供了如下器材，要求测量一节干电池的电动势和内阻。

A.待测的干电池一节

B.电流表A₁，（量程0-3mA，内阻R_g1=10Ω）

C.电流表A₂（量程0-0.6A，内阻R_g2=0.1Ω）

D.滑动变阻器R₁（0-20Ω，1.OA）

E.电阻箱R₀（O-9999.9Ω）

F.开关和导线若干

（l）某参赛同学发现上述器材中没有电压表，他想利用其中的一个电流表和电阻箱改装成一个电压表，其量程为0-3V，并设计了图6-1所示的a、b两个参考实验电路，其中合理的是______（选填“a”或“b”）电路;此时R₀的阻值应取________Ω。

（2）图6-2为该参赛同学根据合理电路所绘出的I₁-I₂图像（I₁为电流表A₁的示数，I₂为电流表A₂的示数）。根据该图像可求得待测干电池的电动势E=_______V，内阻γ=_________Ω。

策略：本题是对“测定电源电动势和内阻”实验和规律的拓展与延伸，实验数据的处理也有变化和创新。

本题有别于常规实验的两点是无电压表，给定的图线也不同于常规实验的U-I线。找出了异点，就要向同点靠。虽无电压表，但题中给了电阻箱，那就可以用电流表和电阻箱改装一个电压表。给定的I₁-I₂图像，我们可以通过U=I（R+γ）来导出I₁-I₂的函数表达式，问题即可解决。

简析：（1）由于电路中的电流不能小于3mA，故用A₂，来测量电路中电流，而把A₁和电阻箱改装成电压表，故选b电路;U=I₁（R_g1+R₀），即3=0.003x（10+R₀），可求得R₀=990Ω。

（2）根据U_外=I₁xlOOO=E-I₂γ，延长图线，则纵截距为电源的电动势，其值约为1.48V，由图线的斜率可知干電池的内阻为0.84Ω。

总之，再好的实验题解题策略也是基于真实实验和真实思维的体验学习的，因此，提出如下三个教学建议，供大家参考：

1.重视学生实验操作的真实体验。由理论到实践，再由实践到理论，让学生动手做实验，动脑想问题，这样有助于学生动手能力和思维能力的培养和提高，有助于培养学生科学求真能力和创新能力。实验后给学生做一定量的实验练习是必要的，但仅停留在“纸上实验”的做法是错误的，那样只能培养出机械的、模板的、思维僵化的学生。

2.注重实验原理和方法的分析研究。实验原理和方法是操作的基础，是掌握实验的关键，只有注重实验原理的分析，才能合理地选择器材和装置，进行实验设计，才能正确处理数据、评估实验结果和进行误差分析。

3.适时进行拓展性实验教学。实验教学要两手抓，一手抓实验基础，一手抓实验的拓展和创新，拓宽学生视野，拓展学生思维，培养学生的发散性思维。《考试说明》规定的实验有15个左右，高考试题却每年都有创新，因此，平时的实验教学不能干篇一律。况且今后高考改革的方向不再有什么考试大纲或考试说明，实验试题将不再拘泥于教材中现成的实验，当然实验能力考查不会超出中学生的能力范围。

4.培养学生的规范思维能力。所谓“思维规范”是指在解题时，从审题到挖掘题目隐含条件，从读题到信息提取和提炼，再到建立物理模型的过程。思维规范反映了一个学生的学科素养和学科能力。

[参考文献]

[1]王焕霞.物理实验能力表现标准的开发研究[J].物理教师，2019（ 10）：35-37+42.

[2]焦健生.紧扣基础和方法提升能力和素养：谈高三物理电学实验专题复习[J].中学教学参考，2019（3）：39-41.

（责任编辑 易志毅）