普通高考考试说明中关于物理实验与探究能力表述相差不多,本文引用浙江省2009年普通高考考试说明--物理关于实验与探究能力:能独立地完成表1中所列的实验、能明确实验目的,能理解实验原理和方法,能控制实验条件,会使用仪器,会观察、分析实验现象,会记录、处理实验数据,并得出结论,对结论进行分析和评价;能发现问题、提出问题,并制定解决方案;能运用已学过的物理理论、实验方法和实验仪器去处理问题,包括简单的设计性实验。实验能力的要求主要体现在两个方面,一是对"知识内容表"中所列出的实验,必须独立的、认真的、带有研究性的做过。主要体现在对所做过的实验要理解原理和方法,这是学好物理实验的根,也是物理高考中虽然只有笔试的形式对学生实验能力的考查,但能完成对学生实验理解和独立完成的状况的考查。二是能灵活的运用学过的理论、实验方法仪器去处理、分析研究某些未做过的实验包括一些设计性实验。这一实验能力就要在已学过的实验基础上迁移拓展到别的实验,既会简单的设计性实验,这就是要放手生学生去做实验,并要动手用脑去设计实验方案。
近几年高考,结合本省和全国的各地物理高考实验试题来看,保持了近年来实验试题的考查方向,力求鉴别考生的实验能力。下面我们通过各地高考物理试题设计和考生反馈信息来说明高考物理试题是如何来考查鉴别考生的实验能力。
一、实验用过的仪器会用
例1(浙江卷)在“探究单摆周期与摆长的关系”实验中,两位同学用游标卡尺测量小球的直径如图甲、乙所示。测量方法正确的是__________(选填“甲”或“乙”)。
游标卡尺测量实验中,我们平时只注重在学生对卡尺如何读数上,缺少让学生亲手触摸游标卡尺的机会,前几年高考关于游标卡尺的考查也是考查如何读数上,当学生看到这一考题时,如平时没有亲手去做过就会对这二个测量部位会无从下手,到底应该把被测物体卡在哪个位置,如平时已亲手做过这一实验就会马上回想起做实验时的情景。
例2(浙江卷)某同学从标称为“220 V 25 W”、 “220 V 300 W”、“220 V 500 W”的3只灯泡中任选一只,正确使用多用电表测量灯泡阻值如图乙所示。该灯泡的阻值是___________ ,标称的额定功率为______________ 。
本题对于多用表的读数是常见的,学生只要平时做过实验并能注意到多用表的读数的注意要点:最上边一行为电阻的刻度线,从右到左示数依次增大, ,然后用读数乘以相应的倍率,就得到电阻数.但在已读出电阻数值的基础上去选择被测灯炮时,会出现错误选择标称为“220 V 300 W”的灯炮,因为多用电表的读数阻值为160
,而标称为“220 V 300 W”的灯炮经理论推算出的电阻值十分接近这一数值,如不加思考就会选取这一灯炮,而忽略了这一值是在常温下测量所的,而用理论去推算灯炮阻值是在灯炮正常工作下的阻值,即在高温下的阻值。这情况实际上在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中已非常清楚得出这一规律-------灯泡的阻值是随温度升高而增大的。
以上实例就提醒了高中教师和学生在教学中的每个实验都要予以重视,实验是很难死记硬背,实验教学时一定要让学生到实验室亲自动手操作,不能光纸上谈兵,只有这样做才符合学生对知识形成的认知规律,符合新课程教学的本质。
二、学过的实验方法会用
例3(浙江卷).如图甲所示,在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中,同组同学已经完成部分导线的连接,请你在实物接线图中完成余下导线的连接。
由于小灯泡钨丝的电阻随温度而变化,因此可利用它的这种特性进行伏安特性研究。实验中小灯泡的电阻等于灯泡两端的电压与通过灯泡电流的比值。改变小灯泡两端的电压,测出相应的电流值,可以得到小灯泡的电阻、电功率与外加电压的关系。为使小灯泡上的电压能从0开始连续变化,滑动变阻器应采用分压式连接.这一方法平时已多次涉及,自己认真操作过本实验就难度不大。
例4(全国卷)、某同学为了探究物体在斜面上的运动时摩擦力与斜面的倾角的关系,设计实验装置如图。长直平板一端放在水平桌面上,另一端架在一物块上。在平板上标出A、B两点,B点放置一光电门,用光电计时器记录滑块通过光电门时挡光的时间。
实验步骤如下:
① 用游标卡尺测量滑块的挡光长度d,用天平测量滑块的质量m;
② 用直尺测量AB之间的距离s,A点到水平桌面的垂直距离h1,B点到水平桌面的垂直距离h2;
③ 将滑块从A点静止释放,由光电计时器读出滑块的挡光时间t;
④ 重复步骤③数次,并求挡光时间的平均值;
⑤ 利用所测数据求出摩擦力f和斜面倾角的余弦值;
⑥ 多次改变斜面的倾角,重复实验步骤②③④⑤,做出f- 关系曲线
用测量的物理量完成下列各式(重力加速度为g):
① 斜面倾角的余弦 = ;
② 滑块通过光电门时的速度v= ;
③ 滑块运动时的加速度a= ;
④ 滑块运动时所受到的摩擦阻力f= ;
(2)测量滑块挡光长度的游标卡尺读数如图所示,读得d= 。
会不会用学过的实验方法,反映在试题中要做好三点:1、能正确选择数学方法,如①要
求学生通过根据三角形关系可得到。2、游标尺能正确的读数,读数应该不是很难,学生在平时使用的也比较多比较普遍。3、能正确的运用物理原理进行分析,该题第②③④小题着力考查考生会不会运用物理原理进行分析,是考查学生对实验的熟悉程度及物理原理的的运用。②根据③根据运动学公式 ,有 ,即有;④根据牛顿第二定律,则有;
三、在学过的实验基础上会迁移
例5(北京卷)某同学通过查找资料自己动手制作了一个电池。该同学想测量一下这个电池的电动势E 和内电阻,但是从实验室只借到一个开关、一个电阻箱(最大阻值为9.999 ,科当标准电阻用)一只电流表(量程 =0.6A,内阻)和若干导线。
①请根据测定电动势E内电阻的要求,设计图4中器件的连接方式,画线把它们连接起来。
②接通开关,逐次改变电阻箱的阻值,读处与对应的电流表的示数I,并作记录当电阻箱的阻值时,其对应的电流表的示数如图5所示。处理实验数据时首先计算出每个电流值I 的倒数 ;再制作R- 坐标图,如图6所示,图中已标注出了()的几个与测量对应的坐标点,请你将与图5实验数据对应的坐标点也标注在图6中上。
③在图6上把描绘出的坐标点练成图线。
④根据图6描绘出的图线可得出这个电池的电动势E= V,内电阻 。
根据闭合电路欧姆定律,测量电源的电动势和内电阻,需要得到电源的路端电压和通过电源的电流,这样的方法在书本上已学过。但在本实验中没有电压表,这就要学生思考用什么来充当电压表呢?本题中可以用电阻箱和电流表串联充当电压表,测量电源的路端电压,通过电流表的电流也是通过电源的电流,所以只需要将电流表和电阻箱串联接在电源两端即可。由闭合电路欧姆定律有:E =I(R+r+rg),解得:,根据R-1/I图线可知:电源的电动势等于图线的斜率,内阻为纵轴负方向的截距减去电流表的内阻。这种实验命题是近年来的一种创新和尝试,对考生既考查了对原有实验的理解,又检验了考生对知识的迁移能力,同时对今后高中物理教学也提出了更高的要求。
综上所述,高考实验题强调鉴别考生的实验能力,新课程的理念强调学生知识的形成过过程,这给中学物理实验教学提出了这样的要求:物理实验能力的形成只有在独立完成实验的过程中形成,物理高考复习时,实验内容复习的最好方式也是独立、认真做好些实验。本人在高考物理实验复习时把高中三年的分组实验要求学生到实验室重新去做一次,这样使学生能有效的明确实验目的,理解实验原理和方法并能迁移拓展。