2022年高考河北物理实验试题分析

王新颖

(保定市第二中学 河北 保定 071000)

物理是以实验为基础的学科,它以实验为依托,通过观察实验,总结规律从而得到物理学的定律,因此物理学的研究和发展离不开实验.有效开展高中物理实验教学可以增强学生的思维能力,让学生在实验中发现问题、分析问题、解决问题;在实验中培养实验设计和操作能力;加深对物理问题的理解,提高物理学科素养.

本文对2022年高考河北物理实验试题进行分析,总结了实验试题对教师日常教学的指导意义.

1 高考试题分析

1.1 力学实验题

图1 实验装置图

(1)在弹性限度内将钩码缓慢下拉至某一位置,测得此时弹簧的长度为L.接通打点计时器电源,从静止释放钩码,弹簧收缩,得到了一条点迹清晰的纸带.钩码加速上升阶段的部分纸带如图2所示,纸带上相邻两点之间的时间间隔均为T(在误差允许范围内,认为释放钩码的同时打出A点).从打出A点到打出F点时间内,弹簧的弹性势能减少量为________,钩码的动能增加量为________,钩码的重力势能增加量为________.

图2 钩码加速上升阶段的纸带图

(2)利用计算机软件对实验数据进行处理,得到弹簧弹性势能减少量、钩码的机械能增加量分别与钩码上升高度h的关系,如图3所示.由图3可知,随着h增加,两条曲线在纵向的间隔逐渐变大,主要原因是________.

图3 弹簧弹性势能减少量、钩码机械能增加量与h的关系

解析：(1)弹簧的长度为L的弹性势能为

到F点时弹簧的弹性势能为

因此弹性势能的减小量为

根据运动学公式可知,在匀变速直线运动中,中间时刻的瞬时速度等于该过程的平均速度,则

则动能的增加量为

钩码的重力势能增加量为

ΔEp=mgh5

(2)弹簧的弹性势能与弹簧长度是二次函数的关系,理论上应为抛物线.钩码机械能的增加量,即钩码动能和重力势能增加量的总和,若无阻力做功则弹簧弹性势能的减少量等于钩码机械能的增加量.现在随着h增加,两条曲线在纵向的间隔逐渐变大,而两条曲线在纵向的间隔即阻力做的功,产生这个问题的主要原因是钩码和纸带运动的速度逐渐增大,导致空气阻力逐渐增大,以至于空气阻力做的功也逐渐增大.

评析：本题利用铁架台、弹簧、钩码、打点计时器、刻度尺等实验器材验证系统机械能守恒.考查的知识点有系统机械能守恒定律和弹簧弹性势能的表达式;本题本着“来源于教材而不拘泥于教材”的原则,把教材实验进行了整合和创新,需要学生具备实验设计、数据分析、知识迁移的关键能力.

1.2 电学实验题

【例2】某物理兴趣小组利用废弃电饭煲的部分器材自制简易电饭煲,设计电路如图4所示.选用的器材有:限温开关S1(手动将其按下,开始持续加热煮饭,当锅内温度高于103 ℃时自动断开,之后不能自动闭合);保温开关S2(当锅内温度高于80 ℃时自动断开,温度低于70 ℃时自动闭合);电饭煲的框架.自备元件有:加热电阻丝R(阻值为60 Ω,用于加热煮饭);限流电阻R1和R2(阻值均为1 kΩ);指示灯L1和L2(2.5 V,0.6 W,当电流低于30 mA时可视为熄灭);保险丝T.

图4 内胆底感温磁体弹簧电热板

(1)按照兴趣小组设计的电路,下列说法正确的是________(多选).

A.按下S1,L1和L2均发光

B.当锅内温度高于103 ℃时,S1自动断开,L1和L2均发光

C.保温过程中,S2自动在闭合、断开状态之间交替切换

D.当锅内温度低于70 ℃时,S2自动闭合,L1发光,L2熄灭

(2)简易电饭煲制作完成后,试用时L1始终不亮,但加热和保温功能均正常,在不增加元件的前提下,断开电源,使用多用电表判断发生故障的元件.下列操作步骤的正确顺序是________(填写各步骤前的字母).

A.将选择开关旋转到“×100”位置

B.将两支表笔直接接触,调节“欧姆调零旋钮”,使指针指向欧姆零点

C.调整“指针定位螺丝”,使指针指到零刻度

D.测量指示灯L1两端的阻值

E.将选择开关置于OFF位置或交流电压最高挡

操作时,将多用电表两表笔与L1两端接触,若指针如图5所示,可判断是________断路损坏;若指针如图6所示,可判断是________断路损坏.(用电路中的元件符号表示)

图5 多用电表指示一

图6 多用电表指示二

解析：(1)A.按下S1,灯泡L2短路,不能发光,故A错误;

C.保温开关S2(当锅内温度高于80 ℃时自动断开,温度低于70 ℃时自动闭合)在保温过程中,自动在闭合、断开状态之间交替切换,故C正确;

D.当锅内温度低于70 ℃时,S2自动闭合,电饭煲处于加热状态,L1发光,灯泡L2短路,熄灭,故D正确;

(2)利用欧姆表测电阻时,首先使待测电阻与其他电路断开,进行机械调零,然后选取合适的挡位,再进行欧姆调零,测量完毕后,将选择开关置于OFF位置或交流电压最高挡,故正确的顺序为:CABDE.

操作时,将多用电表两表笔与L1两端接触,此时回路中的用电器为R1、R和L1.若指针如图5所示,此时欧姆表的示数约为1 100 Ω,可判断是L1断路损坏;若指针如图6所示,此时欧姆表的示数为零,说明L1没有损坏,加热和保温功能均正常,说明R正常,所以是R1断路损坏.

评析：本题利用废弃电饭煲的部分器材自制简易电饭煲,既有趣味性,又具有一定的探究性.体现了高考与生活实践接轨,紧跟时代步伐的特征,该类题型由于综合度大,逻辑思维性强,涉及的知识点多,是高考物理试题得分率较低的题型之一.考查的必备知识点:电路的动态分析;多用电表的原理和使用;闭合电路的欧姆定律.

2 教学反思

2.1 实验教学重视教材实验

高考实验题从考查方式看,常考常新,命题形式灵活,考查角度多变,但基本实验原理、实验思想和实验方法,都能从教材实验中找到原型,因此在实验教学中以掌握教材上的基本实验为核心,在此基础上向外延伸,而不能脱离教材实验.高考实验是通过变化了的实验情境考核规定实验的理解及基本原理、基本方法,因此实验教学必须立足教材实验,重点从实验原理、器材、步骤、数据处理、误差分析等方面深入分析每个实验,提高学生实验能力.

2.2 掌握设计实验的思想和方法 提高创新能力

设计性实验通常是要求考生根据给出的实验目的和器材,灵活运用所学的实验方法、原理、技能,进行创造性的思维,设计出切实可行的实验方案、测量方法、实验步骤,并处理数据、得出结论.这样做的目的是可以检验学生对实验原理的理解和把握,以及如何变成实际可行的操作过程,这是对创新能力的考验.其实,设计实验既有物理规律可依,也有思维方法可循,思维方法仍旧是教材中实验常用的:等效替代法;测量微小量可用的累积法;存在多个变量时可用控制变量法.一些物理量不能直接测量时,可以用转换法、留迹法;还有平衡法、补偿法等.

2.3 实验过程重视培养物理学科素养

物理学科核心素养包括物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任4个维度,其中科学思维、科学探究、科学态度与责任一直以来都是物理教学最薄弱的环节,难以落实到平时的物理教学.而实验又是物理教学的基础,在物理教学的整个过程中具有十分重要的作用,所以核心素养下的物理实验教学要求学生亲身经历科学的探究过程,学会在实验探究中总结提炼物理概念,培养科学推理能力,从而实现在教学过程中培养学生的核心素养,达到质的提高.

综上所述,物理实验属于一种能力考查题,在物理学习过程中通过典型实验、典型试题的分析领悟实验设计的思路和方法,明确实验目的,理解实验原理和实验方案.学生需要正确的理论分析,将理论和实验相结合分析实验原理和过程,物理实验教学中可通过创设问题情境,让学生思考应怎样设计实验,为什么这样设计,能否换一种方法.在此基础上,通过不同的实验方案,深刻理解实验原理,培养学生实验设计能力,提升学生的物理学科素养.