注重操作过程提升实验能力

1试题及解析

1.1试题（2014年江苏高考卷第11题）

小明通过实验验证力的平行四边形定则.

（1）实验记录纸如题图1所示，O点为橡皮筋被拉伸后伸长到的位置，两弹簧测力计共同作用时，拉力F1和F2的方向分别过P1和P2点；一个弹簧测力计拉橡皮筋时，拉力F3的方向过P3点.三个力的大小分别为：F1=3.30N，F2=3.85N和F3=4.25N.请根据图中给出的标度作图求出F1和F2的合力.

（2）仔细分析实验，小明怀疑实验中的橡皮筋被多次拉伸后弹性发生了变化，影响实验结果.他用弹簧测力计先后两次将橡皮筋拉伸到相同长度，发现读数不相同，于是进一步探究了拉伸过程对橡皮筋弹性的影响.

实验装置如题2所示，将一张白纸固定在竖直放置的木板上，橡皮筋的上端固定于O点，下端N挂一重物.用与白纸平行的水平力缓慢地移动N，在白纸上记录下N的轨迹.重复上述过程，再次记录下N的轨迹.

两次实验记录的轨迹如题图3所示.过O点作一条直线与轨迹交于a、b两点，则实验中橡皮筋分别被拉伸到a和b时所受拉力Fa、Fb的大小关系为_____.

（3）根据（2）中的实验，可以得出的实验结果有哪些？（填写选项前的字母）

（A）橡皮筋的长度与受到的拉力成正比

（B）两次受到的拉力相同时，橡皮筋第2次的长度较长

（C）两次被拉伸到相同长度时，橡皮筋第2次受到的拉力较大

（D）两次受到的拉力相同时，拉力越大，橡皮筋两次的长度之差越大

（4）根据小明的上述实验探究，请对验证力的平行四边形定则实验提出两点注意事项.

解析（1）如图4所示，在OP1方向上由O开始截取3.3个单位长度即为F1，同样在OP2上截取3.85单位长度为F2，以已截取两边为边做平行四边形，另一顶点P3在对角线OP3上，用刻度尺测得OP3长度为单位长度的4.7倍.即F合=4.7N.

（2）设α为橡皮筋与竖直方向的[HJ1.35mm]

有导线是完好的，下面3问中每次只有一处故障.则下列情况中电路故障是：

夹角，则橡皮筋的弹力Fmgcosα，由此可以知道两次橡皮筋所受的拉力Fa=Fb.

（3）由（2），Fmgcosα，有Fa=Fb，图中Ob>Oa，选项B正确；两次受到的拉力相同时，第二次的长度较长，说明橡皮筋老化，由F=kx，其劲度系数k减小.两次受到的拉力相同时，橡皮筋两次的长度之差为Δx=x2-x1Fk2-Fk1=F（1k2-1k1），所以拉力越大，橡皮筋两次的长度之差越大，选项D正确.

（4）橡皮筋拉伸不宜过长；选用新橡皮筋.（或：拉力不宜过大；选用弹性好的橡皮筋；换用弹性好的弹簧.）

2典型错误分析

（1）第一小题为作图题，要求根据所给两分力的大小和方向求出合力，并给出合力的大小.在高考阅卷过程中，发现学生有以下几种典型错误：

其一，标度问题：未采用题中已给出的标度画图，而自己另选标度；三个力的标度不统一.

其二，起点问题：未能选用题中已给出的“O”点，而自己随意取点作为“O”点.

其三，痕迹问题：未保留作图痕迹，即未画出完整的平行四边形；或未使用铅笔作图，且涂改严重，作出的平行四边形不易看清；或将三个力的作用线和辅助线（平行四边形的另外两条边）均用实线画出，虚实不分明.

其四，图形问题：分别误将OP1、OP2、OP3当成F1、F2、F3，作出的平行四边形严重失真；或未能用直尺和三角板严格规范作平行四边形，不能大致平移；或将力的方向画反.

其五，遗漏问题：虽能够按照要求规范作图，并画出合力F3，但却未能给出合力的大小.

本题暴露出来的问题反映了不少学生在平时实验操作及规范作图上所花的工夫不足，以致于在一些不该错的细节上丢分，甚为可惜.

（2）第二小题大部分学生能得到正确答案，正确率相对较高.少数学生由于审题不清，分别写出了Fa和Fb的表达式，但并未给出最终结果.

（3）第三小题为选择题，只要学生结合（2）中的实验和共点力平衡知识，就能得出正确的答案.本题正确率较低，主要问题在于学生漏选D选项，其原因除了学生对不定项选择采用谨慎策略外，还与D选项要求相对较高有关（既要考虑两次拉伸劲度系数不同，还要考虑题目所求为长度之差的比较）.

（4）第四小题是开放性题目，要求学生提出注意事项.本题主要有以下三种类型的错误：

其一，所提注意事项与小明的实验探究无关.试卷中出现如“两次都要把结点拉到O点”、“记录力的大小和方向”、“拉力沿弹簧秤的轴线方向”、“橡皮筋、弹簧秤和细绳套应位于与纸面平行的同一平面内”、“拉力适当大一些”、“作图时刻度尺和三角板结合使用”等回答，这是由于学生在平时教学中注重记忆实验注意事项，却缺少对具体实验存在问题的分析，导致他们回答却与本题的实验要求不符.

其二，所提注意事项与“验证力的平行四边形定则”实验无关.如“控制变量法”、“重物不能太重”等回答，学生所提注意事项与橡皮筋和弹簧都无关，偏离题意.

其三，所提注意事项过于空泛.如“多次实验取平均值”、“排除不相干因素的影响”、“用更加科学的实验方法”等回答，与橡皮筋和弹簧都无关，毫无针对性.

3实验教学思考

思考一新课程理念下的物理实验考查什么？

本试题先考查学生实验作图能力，进而考查学生解图能力，即让学生探究橡皮筋的弹性变化情况与其所拉伸次数之间的关系，最后试题考查解决问题能力，让学生指出实验中所需要注意的事项.

由本试题可以看出，高考对物理实验的考查立足教材基本实验，“源于教材而不拘泥于教材”，注重能力立意，不仅考查实验原理方法、实际操作、数据处理、图像理解、误差分析等具体内容，同时还考查实验的探究、设计及改进，致力于学生创新精神和实践能力的培养，也就是说，物理实验力图考查学生是不是真懂实验，真会做实验，真会设计、改进实验及解决实验中出现的问题.

思考二当前中学物理实验教学缺失什么？

当前中学物理实验教学还较为普遍地存在着以讲实验代替做实验的现象，即教师先条目式地告诉学生实验的目的、原理、器材、步骤、误差分析及注意事项，然后让学生通过做一些基础实验题来加深对实验原理、方法的认识，进而通过实验题目的变式来解决实验中的一些开放性问题.之所以这样做，一方面与教师在观念上认为纸上实验比实验室实验更快捷、更高效有很大关系，另一方面与学生进实验室做实验客观上存在着无目的、低效率、耗时长等情形有关.可是，这种死记硬背的实验教学模式及课后的题海战术除了让学生获得一些关于实验的惰性知识外，他们很难获得深层次理解实验原理和解决实验问题的活的知识和能力，这也是当前中学物理实验教学亟待解决的问题.

思考三今后的物理实验教学该怎么做？

首先，实验教学要注重实验操作过程，突出“做实验”的思想.平时物理实验教学要让学生经历“做实验”的操作过程，抛弃“讲实验”、“背实验”等纸上谈兵的做法.很难想象，学生在平时教学中没有用铅笔、三角板、刻度尺等工具去规范作图，只是记住几个注意事项，就能解决好考试中关于基本操作的问题.需要明确的是，学生真正经历实验操作过程是他们掌握实验原理、提升实验能力的第一步，第一步没有走好，其他实验素质的提升便无从谈起.

其次，实验教学要设计好实验问题，提升实验教学效率.针对当前实验教学效率不高的现状，需要教师在实验课前设计好实验问题，根据学情提炼出一节课要解决的重、难点问题；在实验教学过程中引导学生明确实验目的，设计好实验方案，优化实验学习的观察、操作及设计的策略；在实验结束后给学生提出进一步思考的问题，鼓励小组协商解决实验疑难问题；在实验类型上因地制宜，采用演示实验、随堂实验、分组实验、课外实验、仿真实验等多种形式来提高实验教学效率，以发挥实验教学的最大功效.

第三，实验教学要致力于学生实验能力的提升.物理学科是重观察和实验的学科，高考实验最终还是要考查学生的物理学科素养及综合能力.为此，实验教学要让学生动手动脑，在真做实验的过程中内化实验原理、方法，提升实验方案设计、仪器使用、数据处理、误差分析、应用拓展等各个方面的能力，学生不仅要会操作，还要懂得为什么要这样操作；不仅能设计实验，还会改进实验；不仅能解决问题，还能发现新问题，从而最终获得实验能力的提升.