04 高考物理力学实验题赏析——以2024年高考湖南物理试卷第12题为例-《中学生数理化》高考理化2024年9月刊

———以2024年高考湖南物理试卷第12题为例 ■湖南省岳阳市湘阴县第一中学 杨宗礼 物理学科是以实验为基础的学科,提升 学生的实验能力、探究能力是提高物理学科 核心素养的必然要求。实验题是每年高考的 必考题型之一,实验题考查全面,可以有效发 挥指挥棒的作用,实现高考的立德树人、服务 选材、引导教学的核心功能,同时也是得分率 较低、区分度较高的题型,因此做好实验复习 是高考制胜的关键环节之一。下面以2024 年高考湖南物理试卷第12题为例,探索新课 程理念下高考物理力学实验的命题趋势和备 考策略,供同学们参考。 一、高考真题剖析 题目:在太空,物体完全失重,用天平无 法测量质量。如图1所示,某同学设计了一 个动力学方法测量物体质量的实验方案,主 要实验仪器包括:气垫导轨、滑块、轻弹簧、标 准砝码、光电计时器和待测物体,主要实验步 骤如下: 图1 (1)调平气垫导轨,将弹簧左端连接气垫 导轨左端,右端连接滑块; (2)将滑块拉至离平衡位置20 cm处由 静止释放,滑块第1次经过平衡位置处开始 计时,第21次经过平衡位置处停止计时,由 此测得弹簧振子的振动周期T; (3)将质量为 m 的砝码固定在滑块上, 重复步骤(2); (4)依次增加砝码质量m,测出对应的周 期T,实验数据如表1所示,在图2中绘制 T2-m 关系图像; 表1 m/kg T/s T2/s2 0.000 0.632 0.399 0.050 0.775 0.601 0.100 0.893 0.797 0.150 1.001 1.002 0.200 1.105 1.221 0.250 1.175 1.381 图2 (5)由T2-m 图像可知,弹簧振子振动周 期的平方与砝码质量的关系是 (选填“线 性的”或“非线性的”); (6)取下砝码后,将待测物体固定在滑块 上,测量周期并得到T2=0.880 s2,则待测物 体质量是 kg(保留3位有效数字); (7)若换一个质量较小的滑块重做上述 实验,所得T2-m 图像与原图像相比将沿纵 轴 移 动(选 填“正 方 向”“负 方 向”或 21 知识篇 高考真题之赏析 高考理化 2024年9月 “不”)。 解析:(4)根据表1中的数据描点连线, 画出的T2-m 图像如图3所示。 图3 (5)T2-m 图像是一条倾斜的直线,说明 弹簧振子振动周期的平方与砝码质量成线性 关系。 (6)在 T2-m 图像上找到T2=0.880 s2 的点,对应横坐标为0.120 kg,因此待测物体 质量为0.120 kg。 (7)已知弹簧振子的周期表达式为T= 2π M k ,其中 M 是小球质量,k 是弹簧的劲 度系数,M 变小,则T 变小,相较原来放相同 质量砝码而言,周期 T 变小,T2 变小,图像 下移,即图像沿纵轴负方向移动。 参考答案:(4)如图3所示 (5)线性的 (6)0.120 (7)负方向 试题评价:本题的实验情境新颖,理论与 实践相结合,是一道实验原理创新的力学实 验题,要求考生利用所学的物理知识、实验方 法、用过的仪器分析实验情境和实验条件,弄 清实验原理,构建实验问题与物理规律的联 系。本题步骤(4)要求描点作图,考查考生用 图像法处理实验数据的能力;步骤(5)要求根 据图像判断弹簧振子振动周期的平方与砝码 质量的关系是否为线性关系;步骤(6)要求根 据绘制的图像找到纵坐标 T2=0.880 s2 的 点,看对应横坐标;步骤(7)要求运用弹簧振 子的周期表达式结合具体情况,分析判断所 得T2-m 图像沿纵轴移动的情况。本题考查 了实验原理的迁移,利用线性图像处理实验 数据的能力等,在高中学习过程中做过实验 的学生和没有做过实验的学生在答题时是完 全可以区分出来的。本题以人教版教材选择 性必修第一册第36页的做一做:测量小球振 动的周期为素材命制,打破了力学实验出自 必修第一册、必修第二册学生分组实验的惯 例,拓宽了实验的选材范围,可见命题者在反 套路、反机械刷题上下足了功夫。本题以课 本实验为基础进行实验目的创新,源于教材 而又不同于教材,对实验探究能力要求更高, 要求考生灵活运用已有实验知识解决新的问 题,引导教学重视实验探究,切实提升学生的 实验能力,具有风向标作用。 二、新高考物理实验题的命题趋势 1.新高考力学实验题完全符合课程标准 对中学生实验考查的要求———源于教材但稍 高于教材,实验装置、实验器材、实验思想、数 据处理方法均是教材中实验所涉及的内容。 2.新高考力学实验题从实验原理的理 解、实验方案的设计、实验仪器的选择、基本 仪器的使用、实验数据的处理、实验结论的得 出和解释等方面考查学生的实验能力和科学 探究能力,充分发挥了对高中实验教学的积 极导向作用,引导教学重视实验探究,引导学 生自己动手做实验。 3.新高考力学实验题呈现从验证性实验 向探究性、测量性实验转变的趋势,试题创设 实际生活情境,以问题为导向,考查学生的科 学思维、科学探究等核心素养。 4.新高考理念下的物理试卷,除了保留 传统的实验题型,还在选择题甚至计算题中 植入了一定量的以实验为背景的试题,比如 2024年高考湖南物理试卷第9题以洛埃镜 实验为情境,考查双缝干涉的相关知识,说明 物理实验在物理学习中所占的比重有所增 加,进一步凸显了物理实验在发展学生核心 素养方面的重要地位和作用。 5.新高考非选择题中的两道实验题,总 分值在15分左右,实验题内容不拘泥于“一 31 知识篇 高考真题之赏析 高考理化 2024年9月 力一电”,如2024年高考湖北物理试卷的两 道实验题为“一光一力”。两道实验题在形式 上保持“一小一大”,其中第一个实验题难度 属于中低等,侧重考查常规型实验中的基本 实验仪器的读数、教材要求的基本实验原理、 实验操作规范、数据处理及误差分析等,第二 个实验题侧重对学生实验迁移能力的考查, 常借助设计性实验或创新型实验来体现,难 度较高,主要为电学实验,也有力学实验,侧 重考查学生对实验原理、实验方法和数据处 理方法的提取,对学生的实验迁移能力、探究 能力要求较高,突出选拔功能。 6.新高考理念下的实验题拓展了素材来 源,从必修教材延伸到选修教材,从教材中的 分组实验范围延伸到了演示实验、做一做或 阅读栏目中的介绍性、拓展性实验等。力学 实验中的“纸带” 类问题、“弹簧” 类问题为命 题的重点,用单摆测重力加速度大小、验证动 量守恒定律也有加大考查力度的趋势;电学 实验的考查聚焦于创新实验情境,要求测量 电阻、电源电动势和内阻等,其中对器材的选 取、电流表或电压表的改装为高频考点。 三、备考策略 1.教师要开展多样化的实验教学,回归 物理实验教学本质。 新高考实验题引导教学重视实验探究, 引导学生自己动手做实验,只有真正做好实 验的学生才能真正理解实验原理,掌握操作 步骤,领会实验方法,在考试中才会得心应 手,而不做实验,只看视频,只听老师讲实验, 只做实验试题的学生,对实验的体验感就会 很差,对实验的理解就会仅停留在理论层面, 而无法答好新高考形式下的实验题。 面对新高考教师要开展多样化的实验教 学,回归物理实验教学本质,要把课堂搬进实 验室,对教材中的分组实验、演示实验、做一 做或阅读栏目中的介绍性、拓展性实验,要充 分地利用实验器材,给学生展示完整的实验 探究过程,并尽量让学生亲自动手实验;还要 通过校本课程开发实验课程资源,充分利用 智能手机、实验软件等开展实验探究,引导学 生在实验中掌握实验原理、内化实验方法。 2.同学们要重视培养实验思想。 新高考物理实验题的重点是考查学生的 实验思路,因此同学们在复习备考过程中要 重视实验思想方法的培养,例如控制变量法、 等效法等,养成多角度思考问题的习惯,从而 有效提高自身的实验能力。 3.同学们要重视培养实验数据的分析和 处理能力。 实验数据的分析和处理是新高考物理实 验题考查的重点,是实验题获取高分的关键, 因此同学们要熟练掌握作图和处理实验数据 的技巧。 (1)作图的技巧:作图时要注意标出横 轴、纵轴所代表的物理量及其单位,合理选取 标度,正确描点,所作图像应尽可能充满坐标 系,考试时要用黑色墨水笔把铅笔画出的线 条描清楚以便扫描。作图时要注意区分线性 部分和非线性部分。线性部分要使数据点均 匀分布在图像上及图像两侧,非线性部分要 用平滑的曲线连接,不能用折线连接,不能漏 掉原点及最后一点,要去掉实验中的“坏”点。 (2)处理实验数据的技巧:在处理实验数 据时,通常采用公式法或图像法,为了减小实 验误差,在采用公式法处理数据时,一定要采 集多组数据,用逐差法进行处理;用图像法处 理数据是物理实验的考查重点,其中用线性 图像处理数据因作图简便直观、数据提取准 确,而备受命题者的青睐。图像的线性转化 是实验数据处理的热点和难点,同学们需要掌 握运用数学知识进行线性转化的技巧,能够根 据题给条件利用物理规律列出方程,并把所列 方程转化为与图像相符的函数关系式。对于 没有接触过的新图像,通常需要先利用相关实 验的原理公式进行巧妙变形,变成与图像信息 相一致的函数关系式,再根据图像的斜率、截 距等结合函数关系式得出所需的数据。 总之,新高考物理试卷对实验题的考查 与前几年有明显的变化,我们只有深入研究 和分析实验题的命题特点和命题趋势,才能 有效规划实验备考策略,真正做到有效复习, 提升备考效率。 (责任编辑 张 巧) 41 知识篇 高考真题之赏析 高考理化 2024年9月