评高考实验题特点探高考备考策略

物理学是建立在实验基础上的学科。高考物理对实验问题的考查历来就很突出，从近几年高考物理实验题来看，高考物理试题中对实验的考查已从实验原理、步骤、数据处理、误差分析逐步过渡到要求考生理解实验原理，用实验方法解决新颖灵活的相关物理问题，强化对考生创新能力及探究能力的考查。试题从仪器的使用、原理的理解、器材的选取、电路的设计等多方面设置了新的物理情境。高考物理实验题分值一般较高，力学、电学实验并重，已成为近几年物理高考的热点、难点内容。本文从解析2016年高考物理实验试题的特点入手，探讨2017年高考物理实验备考策略。

1试题概述

除北京、上海卷外，高考物理实验题一般以力学、电学为主要内容分题考查，分值在15～20分之间，题型一般为填空、选择、作图、简答等，考查类型以基础应用、创新设计题为主。2016年高考物理实验试题统计情况见表1。

2试题特点

2.1注重基本仪器的使用与读数

[BFQ]2016年高考物理上海卷、江苏卷、浙江卷等分别考查了电表、毫米刻度尺、电阻箱、弹簧测力计等基本仪器的使用与读数；全国卷（I、II）、北京卷、上海卷、天津卷、浙江卷、海南卷等均考查了打点计时器的使用及纸带的测量与计算；全国卷II、北京卷、上海卷、天津卷、四川卷、浙江卷、海南卷等分别考查了电流表、电压表、多用表、滑动变阻器等基本器材的使用；上海卷、江苏卷、四川卷等还出现了DIS实验器材（如电压、电流传感器、光电门等）的使用。

考查基本仪器的使用和操作方法类考题，主要考查仪器的构造原理、操作技能、读数规则，尤其是有效数字的使用问题。这类题型主要以填空题为主，题目由单纯考查仪器的使用变为综合考题。物理科《考试说明》中要求考生熟练掌握的仪器有刻度尺、游标卡尺、螺旋测微器、天平、秒表、电火花计时器或电磁打点计点器、弹簧秤、温度表、电流表、电压表、多用电表、滑动变阻器、电阻箱等。此外，在备考复习中既要熟练掌握基本的传统实验器材的使用，还要了解DIS等实验器材的使用。

2.2注重基本实验的变化与创新

教材中与打点计时器相关的实验，如：研究匀速直线运动、探究加速度与力和质量间的关系、探究做功与动能变化的关系、验证机械能守恒定律等是一些基本的实验，对这些基本实验的创新与变化的考查，在高考中出现的频率很高，应引起高度重视。

例1：（全国卷I第22题）某同学用如图1（a）所示的装置验证机械能守恒定律，其中打点计时器的电源为交流电源，可能使用的频率为20 Hz、30 Hz和40 Hz，打出的纸带的一部分如图1（b）所示。该同学在实验中没有记录交流电的频率f，需要用实验数据和其他题给条件进行推算。

（1）若从打出的纸带可判定重物匀加速下落，利用f和D1（b）中给出的物理量可以写出：在打点计时器打出B点时，重物下落的速度大小为；打出C点时，重物下落的速度大小为；重物下落的加速度大小为。

（2）已知s1=8.89 cm，s2=9.50 cm，s3=1010 cm，当地的重力加速度为g=9.80 m/s2，实验中重物受到的平均阻力大小约为其重力的1%，交流电的频率为

Hz。

解析：（1）打点周期为T=1/f，由于重物下落做匀变速运动，由匀变速运动的规律有：

vB=s1+s22T=12（s1+s2）f

vC=s2+s32T=12（s2+s3）f

a=s3-s12T2=12（s3-s1）f2

（2）设重物质量为m，由牛顿第二定律得：

mg-0.01 mg=ma

代入数据解得：

f=40 Hz

评析：本题用重物下落验证机械能守恒定律，但考虑到重物受到空气阻力、纸带与打点计时器间的阻力的影响，重物在实际下落过程中机械能不守恒。但若将以上的阻力视为不变的，则重物下落是一种匀变速运动。在此基础上，本题设“重物受到的平均阻力大小约为其重力的1%”，通过对纸带的测量来求交流电的频率f，这就是本实验的变化与创新之处。

3注重物理方法的迁移与应用

将教材中的实验原理和方法进行迁移，去设计实验，测量并解决其他的物理问题，能很好地考查考生思维的灵活性、发散性与应用性，这是高考实验题命题的一种思路与方法。

例2：（江苏卷第11题）某同学用如图2（a）所示的装置验证机械能守恒定律。[BFQ]一根细线系住钢球，悬挂在铁架台上，钢球静止在A点，光电门固定在A的正下方。在钢球底部竖直地粘住一片宽带为d的遮光条。将钢球拉至不同位置由静止释放，遮光条经过光电门的挡光时间t时由计时器测出，取v=d/t作为钢球经过A点时的速度。[BF]记录钢球每次下落的高度h和计时器示数t，计算并比较钢球在释放点和A点之间的势能变化大小ΔEp与动能变化大小ΔEk，就能验证机械能是否守恒。

（1）ΔEp=mgh计算钢球重力势能变化的大小，式中钢球下落高度h应测量释放时的钢球球心到之间的竖直距离。

A.钢球在A点时的顶端

B.钢球在A点时的球心

C.钢球在A点时的底端

（2）用ΔEk=12mv2[BFQ]计算钢球动能变化的大小，用刻度尺测量遮光条宽度，示数如题图2（b）所示，其读数为cm。某次测量中，[BF]计时器的示数为0.010 0 s，则钢球的速度为v=m/s。

（3）表2为该同学的实验结果。

该同学发现表中的ΔEp与ΔEk之间存在差异，认为这是由于空气阻力造成的。你是否同意他的观点？请说明理由。

（4）请你提出一条减小上述差异的改进建议。

解析：（1）钢球的重力势能变化量ΔEp=mgh中h应为钢球球心下降的高度，应选B选项。

（2）毫米刻度尺的精确度为1 mm，应估读到0.1 mm，读数为15.0 mm，即1.50 cm。

（3）不同意。因为空气阻力对小钢球做负功会使其ΔEk小于ΔEp，但表中ΔEk大于ΔEp。

（4）测出光电门（发射与接收红外线处）到悬点的长度L、钢球球心到悬点的长度l。在利用ΔEk=12mv2，计算钢球的ΔEk时，钢球的速度应为v′=

lLv（其中v=d/t）。

评析：本题中利用光电门测物体瞬时速度体现了极限思维的思想；考虑到有空气阻力做功，由动能定理知ΔEk

4注重实验原理的理解与分析

理解实验原理是进行实验设计、方案评估、控制条件、测量分析的前提，也是用实验手段进行分析和解决问题的关键。

例3：（天津卷第9题）某同学想要描绘标有“38 V，03 A”字样小灯泡L的伏安特性曲线，要求测量数据尽量精确，绘制曲线完整。可供该同学选用的器材除了开关、导线外，还有：电压表V1（量程0～3 V，内阻等于3 kΩ）；电压表V2（量程0～15 V，内阻等于15 kΩ）；电流表A1（量程0～200 mA，内阻等于10 Ω）；电流表A2（量程0～3 A，内阻等于0.1 Ω）；滑动变阻器R1（0～10 Ω，额定电流2 A）；滑动变阻器R2（0～1 kΩ，额定电流05 A）；定值电阻R3（阻值等于1 kΩ）；定值电阻R4（阻值等于10 Ω）。

（1）请画出实验电路图，并将各元件字母代码标在该元件的符号旁。

（2）该同学描绘出的I-U图像应是（填选项）。

解析：（1）由于小灯泡的额定电压Um=3.8 V，电压表V1的量程不够，但电压表V2的量程又太大，会导致读数的相对误差增大。考虑到题给的器材，可用量程为3 V的电压表V1与定值电阻R3串联，改装成一量程为U=Ugrg（rg+R3）=33 000（3 000+1 000） V=4 V的伏特表；小灯泡的额定电流Im=0.3 A，电流表A1的量程不够，但电流表A2的量程太大，会导致读数的相对误差增大。考虑到题目给的器材，可用量程为200 mA电流表A1与定值电阻R4并联，改装成量程为04 A（I=Ig+IgrgR4=0.2 A+0.2×1010 A=0.4 A）的安培表；由于待测小灯炮的电阻较小，应采取电流表外接法。电路图如图3所示。

（2）由于小襞莸牡缱杷嫖露鹊纳高而增大，故实际描绘的I-U图像应为B选项。

评析：本题考查电表的改装、器材的选取与电路的设计，关键是要理解实验原理。描绘小灯泡的伏安曲线，分别用电流表与电压表测出小灯泡的电流I与电压U，这与用伏安法测小灯泡的电阻的电路原理是相同的。由于本题中给出的电表量程不合适，需要对电表进行改装，把改装电表与伏安电路的设计融为一体，是本题的一种创新设计。只有在充分理解了实验原理后，才能对电表进行相关的改装，设计出符合实验要求的电路。

5注重实验数据的分析与处理

能用适当的方法分析与处理实验数据，不仅是一种基本的实验技能，也是灵活利用数学工具处理物理问题的一个重要表现。

例4：（四川卷第18题）用如图4所示电路测量电源的电动势和内阻。实验器材：待测电源（电动势约3 V，内阻约2 Ω），保护电阻R1（阻值10 Ω）和R2（阻值5 Ω），滑动变阻器R，电流表A，电压表V，开关S，导线若干。实验主要步骤如下。

（1）将滑动变阻器接入电路的阻值调到最大，闭合开关。

（2）逐渐减小滑动变阻器接入电路的阻值，记下电压表的示数U和相应电流表的示数I。

（3）以U为纵坐标，I为横坐标，作U-I图线（U、I都用国际单位）。

（4）求出U-I图线斜率的绝对值k和在横轴上的截距a。

回答下列问题：

（1）电压表最好选用；电流表最好选用。

A.电压表（0～3 V，内阻约15 kΩ）

B.电压表（0～3 V，内阻约3 kΩ）

C.电流表（0～200 mA，内阻约2 Ω）

D.电流表（0～30 mA，内阻约2 Ω）

（2）滑动变阻器的滑片从左向右滑动，发现电压表示数增大，两导线与滑动变阻器接线柱连接情况是

。

A.两导线接在滑动变阻器电阻丝两端的接线柱。

B.两导线接在滑动变阻器金属杆两端的接线柱。

C.一条导线接在滑动变阻器金属杆左端接线柱，另一条导线接在电阻丝左端接线柱。

D.一条导线接在滑动变阻器金属杆右端接线柱，另一条导线接在电阻丝右端接线柱。

（3）选用k、a、R1、R2表示待测电源的电动势E和内阻r的表达式为：E=，r=，代入数值可得E和r的测量值。

解析：（1）题给出的电路图测电源的电动势与内阻的方法是伏安法，其原理是E=U+Ir。在电表量程满足测量要求的前提下，当电压表内阻越大时，其分得的电流越小，实验误差也就越小，所以选内阻较大的电压表，即选A选项；当滑动变阻器接入电路中的电阻最小时通过电流表电流最大，其最大电流为Im=ER1+R2+r≈176 mA，所以选量程为200 mA的电流表，即选C选项。

（2）由电路分析可知，当滑片右移时电压表示数变大，即滑动变阻器接入电路中其有效阻值增大，只有C选项符合题意。

（3）实验中测出了一组电压表示数U与电流表的数I的测量值。

以U为纵坐标，I为横坐标，作U-I图线，

利用该图线对实验数据进行分析与处理。由E=U+I（r+R2），得：U=-（r+R2）I+E，故作出的U-I图线的斜率的绝对值k=r+R2，可得电源内阻r=k-R2；令U=0，得I=ER2+r=Ek，即为U-I图线在横轴上的截距大小，即a=I=Ek，故E=ka。

[BFQ]评析：本题考查了实验原理、电表的选取、滑动变阻器的构造原理与接线、电路的动态分析等，特别是对实验数据的分析与处理能力，具有一定的探究性与创新性。按照题给的实验电路的原理，U与I的关系是线性关系，需要根据实验原理得出其函数关系式，据函数关系式判断U-I图线的斜率与坐标轴上的截距的物理意义，由其物理意义进行分析与求解。值得注意的是，有些实验中要测量的两个物理量间的关系并不是线性关系，不符合通常用函数图像处理实验数据的习惯，需要进行数学分析，化曲为直，再结合线性图像进行求解。这是一种处理实验数据常用的技巧，应引起足够的重视。[BF]

6注重实验问题的引伸与探究

对问题的引伸与探究，能扩大和巩固研究成果，使问题的研究向更深入发展，能很好地体现出新课程课堂探究式的学习要求。

例5：（全国Ⅲ卷第22题）某同学用图5中所给器材进行与安培力有关的实验。两根金属导轨ab和a1b1固定在同一水平面内且相互平行，足够大的电磁铁（未画出）的N极位于两导轨的正上方，S极位于两导轨的正下方，一金属棒置于导轨上且与两导轨垂直。

（1）在图6中画出连线，完成实验电路。要求滑动变阻器以限流方式接入电路，且在开关闭合后，金属棒沿箭头所示的方向移动。

（2）为使金属棒在离开导轨时具有更大的速度，有人提出以下建议：

A.适当增加两导轨间的距离

B.换一根更长的金属棒

C.适当增大金属棒中的电流

其中正确的是（填入正确选项前的标号）。

解析：（1）依题意，金属棒所在的水平面的磁场方向竖直向下，要使金属棒向右运动，则通电后所受的安培力的方向水平向右，由左手定则知，棒中的电流方向应从a流向a1，连接后的电路如图6所示。

（2）设金属棒在两导轨间的有效长度为l，导轨间的动摩擦因数为μ，棒的质量为m，磁感应强度为B，棒中电流为I，导轨长度s，棒离开导轨时速度为v。由动能定理得：

BIl-μmgs=12mv2

可得：v=2BIlm-2μgs

[BFQ]增加两导轨间距离，可增大棒在两导轨间的有效长度l，可使v增大；换一根更长的金属棒，有效长度l不变，由于m增大，则v减小；适当增大金属棒中的电流I，可使v增大。正确选项为AC。[BF]

评析：研究安培力的大小与哪些因素有关，是教材中的一个演示实验。本题将这个演示实验进行了引伸与探究，提出“要使金属棒离开导轨时的速度增大”的建议，考查考生灵活地运用学过的物理知识（动能定理或牛顿运动定律与运动学公式）与实验方法去解决新问题的能力。它突出了学科特点，比较全面地考查了考生的综合探究能力，很好地体现了新课标的理念。

7备考策略

7.1立足教材中的基本实验

重视课本中的实验，熟练掌握实验原理、实验仪器的使用及实验中渗透的科学思想，学习基本仪器的使用方法和读数规则等实验技能，加强对实验数据的分析与处理能力的训练，主要表现在以下3个方面：分析推理、数据分析与处理方法、误差分析。

7.2实验中体现的研究性学习

在实验备考复习中，根据教材内容和学生实验中的方法，选好课题，在实验中进行研究性学习，写出实验研究方案，实验器材的选取，实验研究过程，数据统计与分析，对实验方案的优点与不足之处进行评估，分析实验误差等，培养学生的创新精神和实验能力。

7.3重视实验的设计与创新

重视对实验的思想方法及原理的深刻理解和熟练掌握，重视设计性实验方法的培养，注重用学过的物理知识、物理规律作为理论依据，进行实验设计与创新。高考物理实验可以分为5种类型：基础型、迁移型、应用型、设计型、探究型。其中设计型实验，要按以下思路去思考：明确实目的选择实验原理设计实验方案分析筛选方案选择实验器材拟定实验步骤进行实验操作处理实验数据得出实验结论分析实验误差。

7.4加强实验综合度与信息量

加强实验综合训练，即重视实验练习、重视新情境的实验训练、加强实验信息的收集与处理，强调基本实验技能的动手落实。在动手操作中关注实验细节，拓展学生实验能力。

[BFQ]总之，高考物理实验备考复习要在熟练掌握基本器材使用、实验原理、实验步骤、数据处理以及误差分析的同时，着力领悟实验的设计思想、实验运用的科学方法、规范的操作程序，并从实际出发，合理的变通和创新改进，通过改变实验目的和要求、实验控制的条件、实验仪器操作方法等，培养学生运用实验的思想方法和设计创新实验的能力。[BF]

收稿日期：2017-03-27