高考物理实验命题特点与备考策略

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高考物理实验命题特点与备考策略黄梅一中物理组：干记炎物理学是一门以实验为基础的科学，物理学中许多重要的定律、概念和理论都是通过实验，并对大量的物理现象进行分析、归纳、比较和综合后总结出来的，就高考而言，不论是理科综合能力测试还是单学科的高考，都十分重视考查实验能力，全国普通高等学校招生统一考试大纲中更提出要考查“设计和完成实验的能力”。实验能力的考查历来是高考的重点。对于学生来说：这又是薄弱的环节。因此，高中物理实验的复习应引起高度的重视。一、近年高考物理实验命题特点1、注重对基本实验操作、方法和原理的考查近年来的试题立意与定位均较好，一方面可以引导在教学和复习中重视实验的操作，另一方面要求实验的教学与复习，特别是验证性实验，不能只是简单地按课本的要求进行重复性的操作，更应理解实验的原理和方法。切合中学的教学实际，对中学的实验教学与复习将起到良好的导向作用。注重对实验原理、实验方法的理解和应用，着重考查学生对基本实验方法和迁移灵活运用能力，同时在其他题型中增加了以演示实验和学生实验为背景设计的试题。需要注意的是，2006年以后，高考对实验能力的考查要求有所提高。以往第一个实验题考查重点在于实验的操作和读数，第二个实验题一般是课本中的重要学生实验的拓展或变式，主要考查电学实验的设计能力，2007年全国I卷第一个实验题考查示波器的使用。要求提高学生的动手能力。并掌握各旋钮的作用。全国II卷第二个实验题考查了半偏法测电流表的内阻，要求学生在掌握实验原理的基础上，正确选择测量器材和进行误差分析，这在能力上的要求进一步提高。2、继续突出对实验能力的考查，坚持采用实验设计试题近年来高考中的实验题已由侧重于考查实验仪器的使用、基本操作等最基础的实验能力，向着更侧重于考查对实验原理的理解、实验方法的灵活运用等更高层次的能力要求转变，要求考生运用学过的实验原理和方法，选择合适的仪器，设计出合理的测量电路去解决新的实验问题，这些问题来源于课本，但不再拘泥于课本上规定的实验，实验试题与课本上完全相同的很少，基本上都对课本中原有的实验进行了改编。通过考查一些简单的设计性实验来鉴别考生独立解决新问题的能力和知识的迁移能力，也体现了新的课程改革对学生实践能力和创新精神的要求，有利于引导中学物理教学重视基本实验、常规实验、变形实验，重视培养和提高学生的实验能力和素质。不仅要求考生掌握考纲所要求的基本实验和基本仪器的使用，还要求考生能够灵活地运用所学过的物理理论、实验方法和实验仪器去处理问题。3、实验试题常考常新 以2006年试题为例，实验试题即体现了对学生的实践能力和创新精神的考查，又不脱离当前中学物理实验教学的实际。实验题中仍然以电学试题为主导，其中全国1、2卷和北京卷除考查电学外还都考查了一道光学题，全国1卷考了双缝干涉实验、全国2卷和江苏卷都考了测玻璃的折射率，全国2卷巧妙地设计成一面电镀银的玻璃砖，在特定的条件下，考查学生的灵活应变能力，以及正确表述操作方法的能力。北京卷在单缝衍射的迁移能力，特别是它的第二题除了考查基本实验仪器的选择外，还考查了学生对图象的理解，给出的是学生不常见的R—U图，考查学生理解图象的意义并能从图象的截距、斜率获得信息，应用到P—U图象之中去，且要求考生能够正确理解两图象纵轴截距的不同含义，否则很难得到高分。此题设计巧妙，不仅考查了学生的实验理解和应用的能力，还考查了学生理解和应用图象的能力，考查物理学科的综合能力，具有很好的区分度。2007年全国卷I、II和北京卷，此及全国各省、市卷都是实验题以一大题带一小题。虽然考查的内容不同，要求不同，但都突出考查了学生的能力。给命题提供了很大的空间。相比之下，上海卷中实验题考查的面广，分四个小题，其中有验证性实验题、探究性实验题，测量性实验题和分析性实验题，覆盖面广，有相当的难度。二、未来几年高考实验考查最新动向实验能力的考查在物理高考中一直占有相当重要的地位，物理高考力图通过在笔试的形式下考查学生的实验能力，同时也希望通过考查一些简单的设计性的实验来鉴别学生独立的解决新问题的能力，“迁移”能力。高考物理实验试题从不同内容、不同层次、不同能力要求来考查学生的实验能力，力图较好的区分和鉴别不同水平学生的实验能力。实验试题的设计本着“来源于教材而不拘泥于教材”的原则，有利于引导中学物理教学重视基本实验、常规实验，注重培养和提高学生的实验能力和素质。近几年来，高考物理科将保持一定的稳定性和连续性，更加贴近中学教学的实际，注意与中学执行新课程大纲和课程标准的密切配合，因此，未来几年高考实验考查估计将继续突出实验能力的考查，坚持采用实验设计试题。同时要关注高考物理试卷中实验题一个新的变化即考查课本上所列的一些探究性实验，这正是新课程改革教材的特点，反映新课程探究的理念。1、重视设计性实验和探索性实验从近几年的高考物理实验试题的设置来看，要求特别重视实验能力的培养和提高，认真做好教材中规定的基本实验，充分理解和掌握实验内容，在此基础上，能利用已学知识、原理和方法在题设的条件和情境下，按照题设的要求制定出实验方案，选择实验器材、安排实验步骤、设计实验数据的处理方法及实验误差分析，逐渐提高实验迁移能力和设计、解决简单新颖情境实验的能力。2、关注新课程的改革方向 在新课程改革的大背景下，高考对实验的考查已从简单的实验知识和操作技能转向考查实验思想、方法等综合实验素养和设计、创新等综合实验能力上，探索性实验的出现就是很好地体现。随着新课改的实施，探究性、设计性的实验题将成为高考的热点，平时实验中应注意发现问题、提出问题，并进行探究，每完成一次实验，必须再进行思考，完成该实验还有哪些新方案，该实验还有哪些其他用途，以此来提高自己的探究能力和创新能力。由于探究性、设计性实验是考生实验能力的较高体现，通过它不仅可以考查考生对实验的一般能力，更重要的是可以考查考生对实验的创新能力。所以预测今后高考在兼顾考查课本实验的基础上，会更注重对课本实验的拓展和延伸考查，甚至会在全新的实验环境中进行考查。因此在第二轮复习中要将精力放在理解实验原理和方法上，再通过测试和练习总结出实验设计的一般原则和思路。3、重视经历实验的过程对于特别要求经历探究过程的实验，不仅要注意这些实验的结果及相关限制条件，还应注重实验的过程。三、高考实验复习备考策略我们学校对实验的复习，主要渗透在各章复习中。具体作法是：一轮复习，让实验与知识复习同步走，把实验教学跟各章知识教学同步进行，每章单元测试训练，必须覆盖本章实验内容；二轮复习，实验作为一个专题用8到10课时复习，突出电学中的稳恒电流测电阻的实验，安排两次训练检测；三轮复习，在每次综合测试卷中，实验主要突出两个方面训练：一是高考的重点和热点实验训练，二是前期学生掌握得不好的实验重温巩固训练。我们认为以下几个方面是实验复习的重点和基础。1、基本仪器的使用如：天平、弹簧秤、秒表、电流表、电压表、打点计时器、螺旋测微器、游标卡尺、多用电表等；还要求了解这些仪器的基本结构，熟悉各主要部件的名称，懂得工作（测量）原理，掌握合理的操作方法，更要会正确读数，明确注意事项等。2、实验操作训练动手操作是实验的核心，没有操作过的实验即使是最简单的实验题也不一定会解答完整。电路连线类实验就属于操作类实验，但电路连线题的错误率历年都很高，这说明考生的实际操作能力亟待加强。把实际操作通过纸画画线不述出来也是一种能力，必须通过实验后的书面训练进行强化。3、一些处理实验数据的简单方法如：列表法（把被测物理量分类列表表示出来）、平均值法（把待测物理量的若干次测量值相加后除以测量 次数）、图像法（把实验测得的量按自变量和因变量的函数关系在坐标平面上用图像直观地显示出来，然后连成平滑的曲线，画出的图像应尽量穿过较多的点，避免画成拆线形状）等，通过数据处理，往往可以从一些表面上难以觉察的、似乎毫无联系的数据中找出内在的物理规律。4、设计实验的方法近年高考实验题已从考课本实验向设计性实验方面进行转移，但实验的原理、方法仍是课本实验中所学过的，关键是将课本实验的原理、方法转变为自己的设计能力，并能用来解决某些新情景下的实验问题，以提高自己的实验设计和分析能力。解决此类问题的关键是由学过的物理学规律来确定实验原理；由实验原理来确定需测量的物理量；再据此选择必要的测量仪器、实验装置、实验步骤等。只有做到理论联系实际，把仪器的使用、原理的理解、知识的迁移、方法的应用等与创新意识相结合才能正确地解决设计性实验问题。正因为如此，可以预测设计性实验题会继续成为命题的重点和热点。5、演示实验和课本中附加的小实验近年高考已向演示实验和小实验拓展，如：自感现象、光电效应等实验题都是演示实验，演示实验在物理教学中有重要的示范作用，在培养学生实验能力方面有着不可替代的作用，复习中要将所有演示实验的原理、方法、数据处理方法等弄清楚，全面提升实验能力。四、第二轮实验复习的几点建议1、加强学生对基本仪器使用能力的培养对各种基本的实验仪器【如：刻度尺、秒表、游标卡尺、螺旋测微器、天平、弹簧秤、万用表、电压表、电流表、电阻箱、滑动变阻器。】要掌握其构造原理、使用方法、选取量程、连线、读数等。特别是读数，要明确哪些基本实验仪器是需要估读，哪些是不需要估读。2、加强学生实际操作训练实物连线，实验步骤排序、纠错、补漏，实验误差的排除、错误的纠正等。这些都是实际作用的全真模拟，如果学生没有动手做过这些实验就不可能答好这些问题。复习中，可开放学校的实验室，让学生重温实验的实际操作。3、加强学生对实验数据的分析处理能力的训练对实验数据进行正确的处理，从而得出正确的实验结果，是实验全过程的一个重要的环节。主要有三个方面。（1）分析推理：能够根据自身的实验知识和题目给定的条件，对实验问题进行逻辑推理和论证，得出正确的结论或作出正确的判断，并能把推理过程正确的表达出来。（2）数据处理方法：剔除错误数据，根据数据画图象，根据图象推理论，求平均值，列表法、描迹法等。同时，在数据处理中，还必须加强学生应用数学处理物理问题的能力培养。（3） 误差分析：在实验中，产生误差的原因很多。系统误差是实验原理不合理而引起，因而要从原理和仪器本身去排出。偶然误差是因某种偶然因素而产生的，应通过多次实验取平均值来排除。误差虽然要求不高，但通过误差分析可加深学生对实验本身的深入理解，同时也培养了学生的观察能力、发现问题的能力和分析解决问题的能力。4、重视学生对实验的思想方法及原理的深刻理解和熟练掌握实验的主要思想方法：①等效方法【如：“碰撞中的动量守恒”实验中，用小球的水平位移代替小球的水平速度；电流场模拟静电场等】②累积法【如：测单摆振动周期】③控制变量法【如：研究加速度与作用力及物体质量的关系】④留迹法【如：纸带上打点记录小车的位置；用描迹法画平抛运动轨迹，用沙摆显示振动图象。】实验方法及步骤、仪器的选择、数据的处理等一切与实验有关问题是从实验原理中派生出来，只要抓住实验的原理，理解实验原理和方法的确切含义、适用条件、许多问题就会迎刃而解。5、重视设计实验方法的培养近年高考特别重视考察学生的实验迁移能力，这类试题是对大纲规定的实验加以拓展创新的试题。但实验原理不会超过中学物理基本知识的范围，所用的实验仪器和实验方法是大纲规定实验中所介绍的。当然有的试题中会出现一些新的仪器，甚至会在题中简介它的作用和使用方法。很明显，实验设计它是建立在理解实验原理和完成学生实验的基础之上，因此学生必须在掌握“知识内容表”中所列的实验，才能将实验原理和方法迁移到新的实验问题中，具有设计新的实验的能力。附专题训练专题一：基本仪器的使用和读数1、有效数字：带有一位不可靠数字的近似数字称为有效数字．（1）有效数字的位数：a．3.9，3.90，3.900分别是二位、三位、四位有效数字，最末一位为不可靠的．b．0.39，0.039，0.0039都是两位有效数字．写成科学记数法为：3.9×10－1，3.9×10－2，3.9×10－3，若3600km，如果全部是有效数字，就不用科学记数法，要写成科学记数法则也应为3.600×103km．（2）有效数字的运算：若题中物理量采取的是几位有效数字，则结果也应该是几位有效数字．2、需要估读和不需要估读的仪器：（1）需要估读的仪器：（关键是确定好最小分度）刻度尺、螺旋测微器、电表、天平、弹簧秤．（2）不需要估读的仪器：游标卡尺、水银气压计、机械秒表、电阻箱．3、游标卡尺、螺旋测微器、电表和机械秒表的读数： （1）游标卡尺和螺旋测微器游标卡尺按照精度的不同可分为三种：10分游标，精度0.1mm;20分游标，精度0.05mm;50分游标，精度0.02mm．游标卡尺的读数方法是：以游标0刻度线为准在主尺上读出整毫米数，再由游标读小数．即：主尺的整毫米数＋（格数×精度）．水银气压计读数与之相似．螺旋测微器的螺距为0.5mm，可动刻度为50等分，所以最小刻度为0.01mm也就是其精度，即能准确读到0.01mm位，在千分位上估读．其读数方法是：主尺读半毫米以上的长度，然后找出可动刻度上的第几条刻度线与固定刻度上的水平横线重合，读出半毫米以下的刻度并估读一位．即：固定刻度示数＋（格数×精度）＋估读值．（2）电表和机械秒表电表的读数首先要看量程，并注意每一最小分度值，特别是量程为0.6A的电流表和量程为15V的电压表，以及多用表的欧姆档的读数方法．机械秒表的长针是秒针，每转一周是30s，最小分度为0.1s，不能估读比0.1s更短的时间；短针是分针，每转一周是15min最小分度是0.5min．专题二：电学实验一、伏安法测电阻，电路与器材的选取问题1、实验器材的选择（1）仪器选择的原则①安全因素：电表读数不能超过量程，电阻类元件电流不能超过其最大允许电流．②误差因素（包括系统误差和偶然误差）：为减小系统误差应采用内阻小电表，应用内阻大的电表；为减小偶然误差电表的读数应不小于量程的1/3．③耗电因素：一般较少用到．（2）变阻器的选择：除了搞清限流法和分压法外，在分压接法中，应选择电阻小而额定电流大的变阻器；在限流接法中，应选择电阻值与电路中其他电阻比较接近的变阻器．（3）在一些特殊问题中，选择电压表、电流表还应根据变阻器可能存在的不同连接方式来加以判断，有时需反复推敲逐个排除．2、电流表内外接法的选择所谓内、外接法是相对电流表的位置而言的．无论哪种接法，都会由于电表的内阻影响而带来测量误差．从下表的分析可以看出，合理的选择接法有利于减小误差．比较项目电流表内接法电流表外接法电路VARxVARx误差原因由于电流表内阻的影响，电压表测量值偏大，结果偏大由于电压表内阻的影响，电流表测量值偏大，结果偏小测量结果＞RxRV∥Rx＜Rx适用条件Rx远大于RARx远小于RV（1）若Rx、RA、RV的大小大致可估计，可用以下三种方法来选择内、外接法：①当Rx较大，满足Rx远大于RA时，应采用内接法，因为此时电流表的分压作用很小．②当Rx较小，满足Rx远小于RV时，应采用外接法，因为此时电压表的分流作用很小．③当Rx的大小难以断定时，可采用计算临界值的方法确定大小．即算出临界电阻，若Rx＞R0则视为大电阻，若Rx＜R0则视为小电阻． （2）若Rx、RA、RV的大小关系事先没有给定，可用图示试触法确定内VARxＮＭ外接法．用电压表的一个接线柱分别试触M、N两点，观察先后两次试触时两电表的示数变化情况，如果电流表的示数变化比电压表的示数变化明显，说明接M点时电压表分流作用引起的误差大于接N点时电流表分压引起的误差，这时应采用内接法．反之则应采用外接法．RxR0abP3、滑动变阻器的限流接法和分压接法的选择（1）通常情况下（满足安全条件），由于限流电路能耗较小，结构连接简单，因此，优先考虑以限流接法为主．（2）在下面三种情况下必须选择分压接法．①要使某部分电路的电压或电流从零开始连续可调节，只有分压电路才能满足．分压接法②如果实验所提供的电压表、电流表量程或电阻元件允许通过的最大电流较小，采用限流接法时，无论怎样调节，电路中实际电流或电压都会超过电表量程和电阻元件允许的最大电流、电压，为了保护电表或元件，必须采用分压接法．限流接法RxR0abP③如果所用变阻器阻值远小于待测电阻阻值，在用限流接法时，待测电阻上的电压、电流变化不大，不利于多次测量求平均值或用图像法处理数据．因此要用分压接法．4、例题分析【例1】用伏安法测金属电阻Rx（约为5Ω）的阻值，已知电流表内阻为1Ω，量程为0.6A，电压表内阻为几kΩ，量程为3V，电源电动势为9V，滑动变阻器的阻值为0—6Ω，额定电流为5A，试画出测量Rx的电路图．【例2】测一个阻值约为25kΩ的电阻，备有下列器材：A.电流表（量程100μA，内阻2kΩ）B.电流表（量程500μA，内阻300Ω）C.电压表（量程10V，内阻100kΩ）D.电压表（量程50V，内阻500kΩ）E.直流稳压电源（电动势15V，允许最大电流1A）F.滑动变阻器（最大电阻1kΩ，额定功率1W）G.导线若干（1）电流表应选，电压表应选．（2）画出测量Rx的原理图 +─二、多用表的操作规程多用表在作为电流表和电压表使用时，其使用和读数与安培表、伏特表无异。而作为欧姆表使用时，则问题较多，应重点关注。其总的原则是，首先估测待测电阻的大小，选择合适的档次，即选档（通常按大量程档向小量程档的次序选择），然后调零，再进行测量．以下几个具体问题要重视：1、机械调零和欧姆调零的区别2、中值电阻的含义3、红、黑表笔的接法与内外电路的关系4、表盘刻度的差异【例3】多用电表表头的示意图如上图所示。⑴当指针位置如图中灰三角箭头所示,则测量的是______,测量结果为___________.⑵当指针位置如图中白三角箭头所示,则测量的是______,测量结果为___________.⑶当指针位置如图中黑三角箭头所示,则测量的是______,测量结果为___________.⑷当指针位置如图中黑三角箭头所示,正确操作后发现指针的偏转角很小,那么接下来的操作步骤应该依次为:①_________________,②_________________,③__________________.测量结束后应将选择开关拨到__________或者____________.⑸无论用多用电表进行何种(直流)测量,电流都应该从______表笔经______插孔流入电表.三、实物电路图的连接实物电路图的连接看似简单，但是最容易出错，是考生普遍存在的问题。其错误主要表现在：连线交叉，接点不到位，正、负极及正、负接线柱接反，电路串并联不分，滑动变阻器接线不对，量程选错等。其实一个实验电路，主要由电源部分和测量部分构成，所以实物电路图的连接可以借助电路原理图把电路分成电源部分和测量部分，把这两部分的元件先找出来连接好电源电路和测量电路，再把这两部分组合起来，实物电路图的连接就完成了。此过程中，只要记住电压表到最后再连就可以了。【例4】在测定金属的电阻率的实验中，金属导线长约0.8m，直径小于1mm，电阻在5Ω左右。实验主要步骤如下：⑴用______测量金属导线的长度，测3次，求出平均值L；⑵在金属导线的3个不同位置上用______________测量直径，求出平均值d；⑶用伏安法测量金属导线的电阻R。在右边方框中画出实验电路图，并试把右图中所给的器材连接成测量R的合适的线路。图中安培计要求用0-0.6A量程，内阻约1Ω；伏特计要求用0-3V量程，内阻约几kΩ；电源电动势为6V；滑动变阻器阻值0-20Ω。在闭合电键前，滑动变阻器的滑动触点应处于正确位置。 根据以上测量值，该金属电阻率的表达式为ρ=___________。四、实验原理的拓宽与实验方案的设计不管是电学实验，还是其他知识内容的实验，研究性、设计性物理实验是近年来高考的一种趋向，考生往往因为不适应、不熟悉而感觉此类实验的难度。在电学实验中尤其如此。对于这类实验，我们首先要明确实验不可能超出中学所学过的知识内容，其次要在实验目的的基础上从实验原理来形成思路，再就是在方法上开拓视野（在电学实验中特别要注意“替代法”、“半偏法”等方法的运用），最后要从题目中获取信息通过联想打开设计实验的思路。【例4】（上海高考题）现有一阻值为10.0Ω的定值电阻、一个电键、若干根导线和一个电压表，该电压表表面上有刻度但无刻度值，要求设计一个能测定某电源内阻的实验方案。（已知电压表内阻很大，电压表量程大于电源电动势，电源内阻约几欧）要求：（1）在方框图中画出实验电路图。（2）简要写出完成接线后的实验步骤。（3）写出用测得的量计算电源内阻的表达式。