高考物理實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)重難點(diǎn)例析

張國光，賁 琰

（秦皇島市第一中學(xué)，河北 秦皇島 066006）

2012年高考是河北省實(shí)施新課標(biāo)后的首屆高考。筆者認(rèn)真研究了2012年各地高考卷的實(shí)驗(yàn)題，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)的命題基本上還是來源于教材上的演示實(shí)驗(yàn)和學(xué)生實(shí)驗(yàn)，但會(huì)在此基礎(chǔ)上對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行進(jìn)一步的拓展。如安徽卷實(shí)驗(yàn)題考查了“驗(yàn)證牛頓第二定律”和“測繪小燈伏安特性曲線”，廣東卷考查了“測量一個(gè)圓柱體的電阻率”，但實(shí)驗(yàn)電路不同于普通的“伏安法”，而是“替代法”。新課標(biāo)下的高考實(shí)驗(yàn)越來越注重對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)基本素質(zhì)的考查（如根據(jù)電路圖連接實(shí)物圖、根據(jù)所測得的數(shù)據(jù)進(jìn)行繪圖等），同時(shí)對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ囊笠苍絹碓礁?，越來越?qiáng)化學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)操作細(xì)節(jié)和對(duì)信息的篩選能力的考查，這也為我們今后的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)指明了方向。

一、設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)仍然是高考實(shí)驗(yàn)考查的重點(diǎn)

高考實(shí)驗(yàn)形式多變，但多年來設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)一直是高考實(shí)驗(yàn)的主要考查形式，高考實(shí)驗(yàn)題一般都是在教材實(shí)驗(yàn)的理論基礎(chǔ)上變形、拓展，使之更新穎、更聯(lián)系實(shí)際，同時(shí)也加大了實(shí)驗(yàn)的難度。特別是電學(xué)實(shí)驗(yàn)，因其方法多樣，可以從很多角度命題，且靈活多變，使學(xué)生大多感覺做這類題比較吃力，因此各地的高考實(shí)驗(yàn)題多數(shù)都是電學(xué)實(shí)驗(yàn)所占比重較大。其實(shí)這類題是有規(guī)律可循的，其考查點(diǎn)主要有電表的選擇、內(nèi)外接法的選擇、滑動(dòng)變阻器的使用、定值電阻的使用等，只要學(xué)生應(yīng)對(duì)各知識(shí)點(diǎn)的能力過硬，這類實(shí)驗(yàn)題便可迎刃而解。以下題為例：

例1.（2012四川卷22）某學(xué)習(xí)小組的同學(xué)擬探究小燈泡L的伏安特性曲線，可供選用的器材如下：小燈泡 L，規(guī)格“4.0V，0.7A”；電流表 A1，量程 3A，內(nèi)阻約為0.1Ω；電流表 A2，量程 0.6A，內(nèi)阻 r2=0.2Ω；電壓表 V，量程3V，內(nèi)阻 rV=9kΩ；標(biāo)準(zhǔn)電阻R1，阻值 1Ω；標(biāo)準(zhǔn)電阻R2，阻值 3kΩ；滑動(dòng)變阻器 R，阻值范圍 O～10Ω；電源E，電動(dòng)勢(shì)6V，內(nèi)阻不計(jì)；開關(guān)S及導(dǎo)線若干。

①甲同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖1所示的電路來進(jìn)行測量，當(dāng)通過L的電流為0.46A時(shí)，電壓表的示數(shù)如圖2所示，此時(shí)L的電阻為____Ω。

②乙同學(xué)又設(shè)計(jì)了如圖3所示的電路來進(jìn)行測量，電壓表指針指在最大刻度時(shí)，加在L上的電壓值是____V。

③學(xué)習(xí)小組認(rèn)為，要想更準(zhǔn)確地描繪出L完整的伏安特性曲線，需要重新設(shè)計(jì)電路。請(qǐng)你在乙同學(xué)的基礎(chǔ)上利用所供器材，在圖4所示的虛線框內(nèi)補(bǔ)畫出實(shí)驗(yàn)電路圖，并在圖上標(biāo)明所選器材代號(hào)。

解析：①本題由圖2可讀出電壓表的示數(shù)為2.30V，所以此時(shí)L的電阻為2.30V/0.46A=5Ω；②電壓表指針指在最大刻度時(shí)，電壓表示數(shù)為3.00V，由計(jì)算可得，加在L上的電壓值為4V；③由于電壓表量程太小，所以需要改裝，將它與R2串聯(lián)即成為一個(gè)量程為4.0V的新的電壓表；電流表A1量程太大，不可用，可以將A2改裝：將它并聯(lián)一個(gè)小電阻R1則成為一個(gè)量程為0.72A的新的電流表了。由于燈泡的電阻遠(yuǎn)小于電壓表內(nèi)阻而與電流表內(nèi)阻相差不多，屬于小電阻，故用電流表外接法比較合適。答案如圖5較合適，若用圖6則不太合適。

總結(jié)與歸納：

①電表的選擇方法：通常是由電動(dòng)勢(shì)或待測元件額定電壓（不一定都有）來選擇適當(dāng)量程的電壓表；再由電動(dòng)勢(shì)（或待測元件額定電壓）與所選電壓表量程較小的值與待測電阻約值的比值來確定電流表量程；電表選擇時(shí)，若沒有適合電表，則要考慮電表的“另類”使用（既電壓表當(dāng)電流表或電流表當(dāng)電壓表）；和“電表的改裝”來擴(kuò)大量程，當(dāng)然電表的“另類”使用和電表的改裝的基礎(chǔ)是已知電表的準(zhǔn)確內(nèi)阻。

②內(nèi)外接法的選擇：根據(jù) Rx＜Rv，選擇外接法；Rx＞＞RA，選擇內(nèi)接法。

③滑動(dòng)變阻器的使用：Rx＜R滑，選擇分壓式接法；R滑約為Rx的2-10倍，選擇限流式接法（R滑為滑動(dòng)變阻器總阻值）；有電壓從0開始調(diào)節(jié)的要求時(shí)，一定用分壓式接法。

④定值電阻的使用：做保護(hù)電阻，就近保護(hù)原則；改裝電表，擴(kuò)大量程；定值電阻做電表，既通過電路計(jì)算的方式得出定值電阻的電壓或電流值，進(jìn)而求出與之并聯(lián)的待測電阻電壓或與之串聯(lián)的待測電阻電流。

雖然我們無法猜測高考實(shí)驗(yàn)考什么，但是教師可以在平常的教學(xué)中對(duì)各類實(shí)驗(yàn)的相關(guān)知識(shí)多歸納，多總結(jié)，幫助學(xué)生夯實(shí)應(yīng)對(duì)設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)知識(shí)，以不變應(yīng)萬變。除此之外，為了應(yīng)對(duì)設(shè)計(jì)型試驗(yàn)，學(xué)生還應(yīng)掌握幾種實(shí)驗(yàn)基本方法以外的其它方法，如在伏安法基礎(chǔ)上衍生出來的各種電阻測量方法：替代法、電橋法、半偏法等。學(xué)生只有見多識(shí)廣，方法掌握的越多，越能做到胸有成竹，臨“題”不亂，迅速反應(yīng)，提高成功率。

二、注意可轉(zhuǎn)變?yōu)閷?shí)驗(yàn)的習(xí)題

在物理教材上，許多習(xí)題的設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)是可以相通的，它們的區(qū)別只是出題的角度不同罷了，讓學(xué)生們找一找，改一改，必能開竅。比如一道很常見的力學(xué)題的設(shè)計(jì)思想，就與物理實(shí)驗(yàn)思路產(chǎn)生共鳴，如圖7所示，它有效地克服了手拉彈簧稱測摩擦力不準(zhǔn)的弊病，事實(shí)上只要物體A保持靜止，不論下面的長木板是勻速還是變速均不會(huì)影響彈簧稱的讀數(shù)。再如2012年全國新課標(biāo)卷的實(shí)驗(yàn)題與人教版選修3-1第三章第四節(jié)“磁場對(duì)通電導(dǎo)線的作用力”的課后習(xí)題第3題就有異曲同工之妙。

例2.（2012新課標(biāo)全國卷23題）圖8中虛線框內(nèi)存在一沿水平方向、且與紙面垂直的勻強(qiáng)磁場。現(xiàn)通過測量通電導(dǎo)線在磁場中所受的安培力，來測量磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小、并判定其方向。所用部分器材已在圖中給出，其中D為位于紙面內(nèi)的U形金屬框，其底邊水平，兩側(cè)邊豎直且等長；E為直流電源；R為電阻箱；A為電流表；S為開關(guān)。此外還有細(xì)沙、天平、米尺和若干輕質(zhì)導(dǎo)線。

（1）在圖中畫線連接成實(shí)驗(yàn)電路圖

（2）完成下列主要實(shí)驗(yàn)步驟中的填空

①按圖接線。

②保持開關(guān)S斷開，在托盤內(nèi)加入適量細(xì)沙，使D處于平衡狀態(tài)；然后用天平稱出細(xì)沙質(zhì)量m1。

③閉合開關(guān)S，調(diào)節(jié)R的值使電流大小適當(dāng)，在托盤內(nèi)重新加入適量細(xì)沙，使D____________；然后讀出___________________，并用天平稱出____________。

④用米尺測量_______________。

（3）用測量的物理量和重力加速度g表示磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小，可以得出B=_________。

（4）判定磁感應(yīng)強(qiáng)度方向的方法是：若_________，磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直紙面向外；反之，磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直紙面向里。

解析：（1）本實(shí)驗(yàn)的原理是：通過測量D的安培力的大小和方向、流過的電流的大小和方向、D的底邊長度，根據(jù)F=BIL，測出B的大小和方向。因此把電流表、滑動(dòng)變阻器、開關(guān)、電源和D串聯(lián)即可。（2）③④根據(jù)步驟②可知D的重力G=m1g，步驟③為讓電流流過D，使D在重力、安培力和細(xì)線的拉力下重新平衡。要測出安培力，需要測出拉力即用天平稱出重新加入細(xì)沙的總質(zhì)量；要測出B，需要測出電流的大小和D的底邊的長度。（3） 安培力 F=｜m2-m1｜g，又 F=BIL，解得 B=（4）電流的方向水平向左，B方向若垂直紙面向外，則安培力方向?yàn)樨Q直向下，有F+m1g=m2g，即m2＞m1。

總結(jié)與歸納：本題看似復(fù)雜，但實(shí)際上對(duì)學(xué)生電路分析能力要求較低，實(shí)驗(yàn)的核心是關(guān)于安培力的處理，而這恰好同課本習(xí)題物理情景相似，只是多出了給線框通電的電路，若教師在教學(xué)過程中提到過相關(guān)內(nèi)容，學(xué)生就可以應(yīng)對(duì)得更加從容。其實(shí)在很多物理練習(xí)題中滲透了物理實(shí)驗(yàn)理論、實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)技術(shù)，教師可以在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候通過習(xí)題創(chuàng)設(shè)一種新的實(shí)驗(yàn)情景、設(shè)計(jì)新的實(shí)驗(yàn)方案，要求學(xué)生將原有習(xí)題中的物理原理、方法運(yùn)用到新創(chuàng)設(shè)的實(shí)驗(yàn)中，處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并解決新的實(shí)際應(yīng)用問題，從而逐漸培養(yǎng)學(xué)生把所學(xué)的物理理論、方法、移植應(yīng)用于新領(lǐng)域的創(chuàng)新能力。其實(shí)物理課本中每一節(jié)的課后習(xí)題部分都有可探討之處，只要教師和學(xué)生在平常教與學(xué)的過程中多看、多思、多聯(lián)系，一定會(huì)收到很好的效果。

三、實(shí)驗(yàn)也要融匯物理思維方式

在實(shí)驗(yàn)中常用的物理思想方法有等效法、累積法、控制某個(gè)變量法、留跡法、圖像處理平均值法等。同時(shí)，力學(xué)的設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)一般都會(huì)設(shè)定一定的物理情景，解決問題的方法更離不開物理的思維方式、物理情景的分析能力及物理定理定律。高考復(fù)習(xí)時(shí)，學(xué)生的能力較新授課時(shí)已經(jīng)有所提高，其中也包括實(shí)驗(yàn)分析能力，教師應(yīng)在日常的教學(xué)中要求學(xué)生能在每個(gè)實(shí)驗(yàn)中找出到底用了什么物理思維方式。比如在驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律的實(shí)驗(yàn)中就用了等效法（用位移代替速度）、累積法（重復(fù)打了許多點(diǎn)）、留跡法（用復(fù)寫紙留下小球落地后的點(diǎn)）等物理思維方法。

例3.（2012江蘇卷11題）為測定木塊與桌面之間的動(dòng)摩擦因數(shù)，小亮設(shè)計(jì)了如圖9所示的裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)木塊A位于水平桌面上的O點(diǎn)時(shí)，重物B剛好接觸地面。將A拉到P點(diǎn)，待B穩(wěn)定后靜止釋放，A最終滑到Q點(diǎn)。分別測量OP、OQ的長度h和s。改變h，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，分別記錄幾組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

（1）實(shí)驗(yàn)開始時(shí),發(fā)現(xiàn)A釋放后會(huì)撞到滑輪。請(qǐng)?zhí)岢鰞蓚€(gè)解決方法。

（2）請(qǐng)根據(jù)下表的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出s-h關(guān)系的圖象。

h（cm） 20.0 30.0 40.0 50.0 60.0 s（cm） 19.5 28.5 39.0 48.0 56.5

（3）實(shí)驗(yàn)測得A、B的質(zhì)量分別為m=0.40kg、M=0.50kg。根據(jù)s-h圖象可計(jì)算出A木塊與桌面間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=____________（結(jié)果保留一位有效數(shù)字）

（4）實(shí)驗(yàn)中，滑輪軸的摩擦?xí)?dǎo)致μ的測量結(jié)果___________（選填“偏大”或“偏小”）。

總結(jié)與歸納：2012年江蘇實(shí)驗(yàn)題一反常態(tài)，以往第10題是力學(xué)實(shí)驗(yàn)題，第11題是電學(xué)實(shí)驗(yàn)題，其中電學(xué)實(shí)驗(yàn)題是大頭（從分?jǐn)?shù)和內(nèi)容上看），今年則反之，力學(xué)實(shí)驗(yàn)題是第11題，難度和分?jǐn)?shù)比電學(xué)實(shí)驗(yàn)題大，這也說明力學(xué)設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)由于其與物理思維方式，物理情境分析能力聯(lián)系更加緊密，正逐漸體現(xiàn)出其巨大的“潛力”。在實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)中通過找各實(shí)驗(yàn)中的思維方法，能夠讓這些思維方法深入學(xué)生的腦海中，并用于那些可能遇到的探索型、設(shè)計(jì)型高考物理實(shí)驗(yàn)題，這樣在學(xué)生遇到基于課本實(shí)驗(yàn)，又有所變型的高考實(shí)驗(yàn)時(shí)，學(xué)生就會(huì)很自然地將這些經(jīng)常思考的物理方法與該題相對(duì)照，摸索出解題方法，不會(huì)出現(xiàn)完全沒有思路、頭腦中一片空白的情況。

物理做為一門建立在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)之上的學(xué)科，實(shí)驗(yàn)與物理思想、分析物理情境的能力本就是不可分割的，學(xué)生若能在實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)上有所突破，必會(huì)對(duì)其整體物理水平的提高有很大的促進(jìn)作用。