探寻实验命题规律 优化实验复习策略 ①

潘华君

(江苏省宜兴市第一中学，江苏 宜兴 214200)

1 2016—2020年江苏高考物理卷实验题归类分析

1.1 呈现顺序

对2016年—2020年江苏高考物理卷实验命题进行统计分析发现，实验题的总体特征为：稳中有新、纵横拓展、重在能力；从题型上看，每年都设计了两道题且一力一电，力学实验题与电学实验题总是交替先后呈现(表1)；从实验的考查内容来看，重在考查学生对实验原理的理解、信息获取和分析能力、探究和设计能力等，努力区分“真做实验”和“做实验题”。

表1

1.2 实验目的

从实验题的考查目的来看，2016年—2020年江苏高考物理卷共有10道实验题，力学实验题的中心是“力学规律的应用和拓展研究”，电学实验题的中心是“用伏安法测电阻”。对10道实验题的实验目的统计如表2。

表2

1.3 阅读量统计

对2016年—2020年江苏高考物理卷10道实验题的文字量、图表数等情况的统计发现，文字阅读量总体上有较明显的波动，每年的两道实验题的示意图和表格总数在4～6，具体统计如表3。

表3

1.4 试题来源

1.4.1 源于教材习题

例1：(2017年第11题)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1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15 mA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20 Ω，热敏电阻的阻值Rt与温度t的关系如下表所示……

图1

点评：这类试题是由平时所做的习题适度变化而来。如例1取材于人教版高中物理选修3-2“传感器”第2节的课后习题(图2)。试题重点考查实验原理分析、器材选择、故障分析以及设计能力。

1.4.2 必做实验的融合

例2：(2017年第10题)利用如图3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=200.0 g，钩码的质量为m=10.0 g，打点计时器的电源为50 Hz的交流电。

图3

(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。……

(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=N。

点评：本题是“探究加速度与力、质量的关系”和“探究做功与动能变化关系”的融合。试题注重实验操作，将实验观测和逻辑推理结合起来。

1.4.3 必做实验的变化

例3：(2019年第10题)某兴趣小组用如图4所示的装置验证动能定理。……

(2) 保持长木板水平，将纸带固定在小车后端，纸带穿过打点计时器的限位孔。实验中，为消除摩擦力的影响，在砝码盘中慢慢加入沙子，直到小车开始运动。同学甲认为此时摩擦力的影响已得到消除。同学乙认为还应从盘中取出适量沙子，直至轻推小车观察到小车做匀速运动。看法正确的同学是(选填“甲”或“乙”)。

图4

点评：这道试题是对必做实验的操作进行了改变，对比传统“板车模型”问题中平衡摩擦力的方法，本题中用“加沙子”来平衡小车受到的摩擦力。

例4：(2018年第10题)一同学测量某干电池的电动势和内阻(图5)。……

(2) 实验测得的电阻箱阻值R和电流表示数I，以及计算的数据见下表:

R/Ω8.07.06.05.04.0I/A0.150.170.190.220.261I/A-16.76.05.34.53.8

图5

点评：这个实验电路图和教材中实验电路图相比，是通过更换实验器材来达成变化的目的。对于“测定电池的电动势和内阻”的实验，不管实验电路如何变化，都可以追根溯源、回归基本方法——伏安法。处理问题时，应引导学生回归问题本质，从路端电压和负载的关系入手，在具体实验电路中去寻找路端电压或总电流的测量方案，对实验数据根据题目要求进行线性化处理，画出相应的图像，得出实验结果。[1]

例5：(2016年第10题)小明同学通过实验探究某一金属电阻的阻值R随温度t的变化关系。已知该金属电阻在常温下的阻值约10 Ω，R随t的升高而增大。实验电路如图6所示，控温箱用以调节金属电阻的温值。实验时闭合S，先将开关K与1端闭合，调节金属电阻的温度，分别记下温度t1，t2，……和电流表的相应示数I1，I2，……然后将开关K与2端闭合，调节电阻箱使电流表的示数再次为I1，I2，……，分别记下电阻箱相应的示数R1，R2，……

图6

点评：在研究电阻或电阻的变化问题时，常规的方法是伏安法，滑动变阻器的连接常采用分压式电路。本题通过更换实验方案，利用替代法进行电阻的精确测量。实验中，金属电阻工作点是通过控温箱来改变的，滑动变阻器的连接采用制流电路。

例6：(2018年第11题)某同学利用如图7所示的实验装置来测量重力加速度g。细绳跨过固定在铁架台上的轻质滑轮，两端各悬挂一只质量为M的重锤……

图7

点评：这道试题取材于阿特伍德机，是物理学史上经典实验的再现。

例7：(2020年第11题)疫情期间“停课不停学”，小明同学在家自主开展实验探究。用手机拍摄物体自由下落的视频，得到分帧图片，利用图片中小球的位置来测量当地的重力加速度，实验装置如题图8所示……

图8

点评：本题利用学生熟悉的手机、刻度尺等进行重力加速度的测量，是对生活中常见物品功能的创新开发。

1.5 主要考查内容

1.5.1 仪器使用

在2016年—2020年江苏高考物理卷实验题中，仪器的使用属于必考点，主要考查读数规则和元件在电路中的使用。例如，2016年考查了电阻箱阻值调节的顺序和刻度尺的使用，2017年考查了对多用电表选择开关的认识，2018年考查了电阻箱和开关在电路中的规范使用、电压表读数，2019年考查了对螺旋测微器上各部件功能的认识、刻度尺的使用，2020年考查了刻度尺的使用。从问题的设置看，主要要求学生从安全性、精确性、可操作性等角度去思考仪器的使用问题，同时引导学生“真做实验”。

1.5.2 数据处理

(1) 从数据的获得看，有3种方式：① 考生自行测量、计算，仅2019年出现一次；② 直接从示意图上读取，共4次；③ 直接给出数据表格，共7次。这样设置的原因，可能主要考虑：在纸笔测试中，由于学生只能带直尺、三角板、圆规、几何尺等，因此，更多的是涉及这些文具的使用。

1.5.3 误差分析

误差分析也是每年的必考点，从问题设置和考点看，主要呈现以下特征：① 设问指向明确，具有开放性，例如，部分试题结尾时会设计1个问题：请你提出一条减小上述误差的改进建议。② 以学生熟悉的误差情景为主，也有与常规情景相反的情况，例如2016年的实验题中利用单摆验证机械能守恒定律，通过一张表格，给出ΔEp与ΔEk的数值关系。从表中数据，会发现：ΔEk始终大于ΔEp。这一问题的设计，与平时所做习题有明显区别，试题很有新意，避免了“背结论”等问题。③ 在误差分析中，主要考查系统误差问题。

2 高三实验复习建议

2.1 真做实验,做真实验

依据《江苏省普通高中2018级学生物理学科课程内容调整说明》，高中三年涉及的学生必做实验共有20个。孔子曰：吾听吾忘，吾见吾记，吾做吾悟。高三的物理实验教学不能仅是讲、做实验题。让学生走进实验室重新去做一遍必做实验，再次感受一下实验细节，让学生在直接的、具体的、丰富的体验中，在不断思考的过程中，在实验习题和真实实验结合中，获得理解层面上的经验，从而真正实现学生实验能力的提升。

2.2 回归基础，立足根本

爱因斯坦说过：没有侥幸这回事，最偶然的意外，似乎也都是事有必然的。从对2016年—2020年江苏高考物理卷实验题的分析发现，试题大都源于对课本实验的“深加工”，是对学生必做实验的纵横拓展与延伸，着重考查学生对实验原理的理解和迁移应用。在复习中，应重视教材中的学生必做实验和演示实验，理清实验的基本原理和重要方法，同时通过对比的方式，寻找和发现实验方案的优缺点以及改进的方向等，真正实现从本质上理解原理，注重培养学生的证据意识和评估科学证据的能力。

2.3 “聚”“散”结合，深度理解

实验器材的选用等搭建了整个实验的框架，在复习教学中，可以尝试依托某一个元件串接多个实验。例如，车—板模型在江苏高考物理卷中曾多次出现，依托车—板模型，2009年考查了“探究物体加速度与力、质量的关系”，2010年考查了“探究速度随时间的变化规律”，2012年考查了“测量动摩擦因数”，2017和2019年考查了“验证动能定理”。通过“聚”，在比较中形成方法体系、实验集合，克服固有的思维“套路”；通过“散”，依托比较同一器材或同一步骤在不同实验中的运用，或者将多个“形同质异”或“形异质同”的问题放在一起比较，帮助学生破解“思维定势”，活化知识，[2]强化学生对过程与方法的掌握，培养学生的批判性思维能力、证据意识和迁移能力，不断拓展学生思维的“广度”和“深度”。