高考物理实验命题趋向设计型实验，本文主要内容关键词为：命题论文,物理实验论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
物理学是一门实验科学，在当前实施素质教育的大环境下，更应重视实验教学，因为它是实施素质教育的重要途径。从近几年实验题在高考中的题型变化来看，真正体现了命题者的指导思想：“出活题，考能力”，“让只有真正做过实验的人才能做得出来”。特别是在设计型实验的命题上，近几年来有较大突破。1998年全国高考题中第18题、第20题，1999年全国高考题中的第19题，1999年上海高考题中第21题，都是设计型实验题，今后将继续坚持这一方向，真正体现《考试说明》对实验能力要求中的“会运用学过的实验方法”。这对今后的实验教学提出了更高的要求。
每年高考后的命题组对试卷评价报告中都强调“加强实验教学”。报告指出：“学生对基本实验方法掌握较差，不能将实验问题与有关理论知识结合起来思考，在教学中要注意处理好理论内容与相关实验的联系”。这主要是由于学生缺乏实验操作经验，缺乏应用所学的物理知识处理具体问题的能力。
一.1998、1999年高考设计型实验的分析
所谓设计型实验，就是题目要求学生运用学过的实验方法，自行设计一个新的实验方案。它要求学生设计实验原理，选择实验器材，安排实验步骤，设计数据处理的方法及分析实验误差。主要考查学生是否理解实验原理和实验仪器的工作原理，是否具有灵活运用实验知识的能力，是否具有在不同情况下迁移知识的能力，这些对学生的能力要求都较高。
例1（1998年全国高考第18题）在LC振荡电路中，已知电容C，并测得该电路的固有振荡周期为T，即可求得电感L。为了提高测量精度，需多次改变电容C值，并测得相应的振荡周期T值。现将测得的六组数据标示在以C为横坐标、T[2]为纵坐标的坐标纸上，即图中用“×”表示的点。
（1）T、L、C的关系为＿＿＿。
（2）根据图中给出的数据点作出T[2]与C的关系图线。
（3）求得的L值是＿＿＿。
评析 题目要求根据给出的实验数据（在图象上描出的数据点），让学生作出图象并求出实验测量值，但很多学生不会用图线处理数据的方法，将图线画为折线或光滑曲线；而作出正确图线（应为直线）的同学又有很多不会读出横、纵坐标的有效数字的位数，从而得不出正确的结论。
例2 （1998年高考第20题）在如图1所示的电路测定未知电阻R[,x]的值。其中电源电动势未知，电源内阻与电流表的内阻均可忽略不计，R为电阻箱。
（1）若要测得R[,x]的值，R至少需要取＿＿＿个不同的数值；
（2）若电流表每个分度表示的电流值未知， 但指针偏转角度与通过的电流成正比，则在用此电路测定未知电阻R[,x]时，R至少需取＿＿＿个不同的数值；
（3）若电源内阻不可忽略，能否应用此电路测量R[,x]。答：＿＿＿。
评析 题目中给出的实验电路如图1所示，测定R[,x]值，从高考试卷评价报告分析看，超过半数的学生不理解实验原理，对第三空电源内阻未知的情况下，单纯从数学角度认为增加了一个未知量，只需增加一个方程，即多测一组数据就能同样测出R[,x]而填“能”， 不知道无论测多少组数据，只能求出R[,x]＋r（因r未知，故无法求出R[,x]）的基本道理，这也反映了在设计型实验中，对学生的数学处理能力要求较高。
例3（1999年全国高考第19题）图2为测量电阻的电路，R[,x] 为待测电阻，R的阻值已知，R′为保护电阻，阻值未知，电源的电动热ε未知，S[,1]、S[,2]均为单刀双掷开关，A为电流表，其内阻不计。
（1）按如图2所示的电路图，在如图3所示的实物图上连线。
（2）测量R[,x]的步骤为：将S[,2]向d闭合，S[,1] 向＿＿＿＿闭合，记下电流表的读数I[,1]。再将S[,2]向c闭合，S[,1]向＿＿＿＿闭合，记下电流表的读数I[,2]。计算R[,x]的公式的是R[,x]＝＿＿＿。
评析 该题是一道实验应用题，要求学生设计测量原理，大部分学生不知道如何参照原理图去连接实物图，主要原因是学生对单刀双掷开关实际应用不了解，不知道如何连线。如第一问不能正确连接实物图，则第2问题则无论如何也连接不正确。 另外本题也要求学生对测电阻的方法能进行知识迁移，使R[,x]与R并联后，两支路的端电压相等是关键。
例5（1999年上海高考试题第21题）现有一阻值为10.0 Ω的定值电阻，一个开关，若干根导线和一个电压表，该电压表表盘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）在下边方框中画出实验电路图；
（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r＝＿＿＿。
评析 这道题要求测定电源内阻，而实验器材中又只有一电压表，无滑动变阻器或电阻箱，很明显要设计一种用特殊方法来测内阻的电路，电压表有刻度但无刻度值，又已知电压表内阻很大，其分流作用很小可不计，故可设计电路如图4所示，S断开时，电压表测出电动势，设电压表格数N1＝ε，S闭合后，电压表测外电压U[,R]，设格数N[,2]＝U[,R]，所以电源此时的内电压为N[,1]－N[,2]，根据电路中电流相等，有
设计此题要运用闭合电路欧姆定律。
二.设计型实验的命题方式
1.设计实验电路 根据给定的器材和实验提出的目的，画出或补全实验电路，如1999年上海高考题第21题。
2.设计实验方法 题目给出实验目的及一些附加条件，让学生设计实验方法，或写出实验原理和实验步骤，如1999年全国高考第19题。
3.设计处理实验数据 根据某一物理规律或公式设计物理情景，可根据给出的实验数据（如打好点的纸带，图象上描出的点或给出的数据和表格等），求出实验测量值，如1998年全国高考第18题。
三.设计型实验的设计思路和原则
1.设计的基本思路 首先根据题目的要求和给出的条件，构思相关的物理情景，确定实验原理，然后再确定需要测定的物理量，安排实验方案和操作程序。最后进行实验数据记录、处理和误差分析，给出实验结果，总结实验报告。
2.科学性原则 方案所依据的原理要符合物理学的基本规律，实验的误差应在允许的范围之内，尽可能地选择误差较小的方案，如用电表测电路的电压或电流时，最大电流或最大电压必须超过该表量程的1/3，这样可以减小读数误差。
3.简便性原则 实验应当便于操作、读数及进行数据处理。
4.安全性原则 实验方法的实施要安全可靠，不会对仪器、器材或人身造成危害，要特别注意电表的量程、用电器的额定电流和额定电压以及额定功率等。
四.设计性实验题举例
1.在用单摆测重力加速度的实验中，某同学测出了不同的摆长所对应的周期如下，并以L为横坐标（L为摆长），T[2]为纵坐标作出了T[2]－L图线如图5所示。试写出L和T[2]的关系式T[2]＝＿＿＿；若由图象测得直线斜率为k，则测得的当地重力加速度g＝＿＿＿；若该同学测摆长时，把摆线当作摆长而忘记加上小球半径，则用图线法求得的重力加速度值＿＿＿（填“偏大”、“偏小”或“准确”）。
答案：4π[2]l/g 4π[2]/k 准确
2.一宇航员到达某一行星上，研究物体在该行星表面做平抛运动的规律，已准确描绘出某物体的平抛运动轨迹如图6所示。 在不给出物体平抛运动初速度的情况下，能否测出该行星表面的重力加速度？（填“能”或“不能”，并简述理由）
答案：不能
由x＝v[,0]t，y＝1/2gt[2]，
得y＝（g/2v[2][,0]）/x[2]。
故当不知道v[,0]时，无法求出g。
3.试阐述当你乘坐高层住宅的电梯时，如何用最简单的仪器，来粗略测定电梯启动和停止过程的加速度（假设电梯启动和停止过程中做匀变速运动）。
（1）可选用的仪器有＿＿＿＿。
（2）要测量的数据是＿＿＿＿。
（3）所用的计算公式是＿＿＿＿。
答案：（1）弹簧称与砝码（2）当电梯不动时测出砝码重力G， 启动与停止过程中，分别记下弹簧称读数F[,启]和F[,停]（3）F[,启]－G＝ma[,启]，G－F[,停]＝ma[,停]
4.某同学用以下器材测量电阻：①电流表、②电阻箱、③单刀双掷开关、④待测电阻、⑤电源、⑥限流电阻，如图7所示， 实验方法是利用单刀双掷开关分别将电阻箱和待测电阻接入电路，用电阻箱替代待测电阻的方法来测定待测电阻的阻值。
（1）在图中完成电路的连接（其中有两条导线已连接好）；
（2）本实验中开关应先接通的是含有＿＿＿＿的电路； 用开关变换电路；调节电阻箱时应使两次测量的＿＿＿＿大小相等，这时待测电阻的阻值可以从＿＿＿＿上读出。
答案：（1）见图中虚线所示，实线为已连好的两条导线
（2）待测电阻 电流（或电流表读数）电阻箱