首页 -> 2008年第5期
对近年高考物理实验试题的分析
作者：崔乃忠 叶 双 赵宏微
一、 近年高考物理实验试题的特点与分析
笔者通过对近七年全国高考物理实验试题的分析后认为：试题已由侧重考查实验仪器的使用、基本操作等基础实验能力朝着侧重考查实验原理的理解、实验方案的选择、实验方法的灵活应用等更高层次能力的要求转变；加大了设计性实验题目的比重，尤其是电学实验的设计性题目；从各个知识点的考查情况来看：电学实验考查的频率最高，其次是力学实验。具体表现在以下几个方面。
1.基本仪器的使用仍是考查的基础
比如常用于力学实验中的游标卡尺和螺旋测微器的使用在考试中出现的频率较高；而对于其他常见仪器：刻度尺、天平、秒表、打点计时器、弹簧秤、温度计等，出现的几率较少，但也需掌握其规范、安全的使用方法。对于掌握的程度，不能仅仅停留在会读数，而需理解其实验原理、实验方法，能独立运用和有所创新。如应用在电学实验中的电流表（内接法和外接法），滑动变阻器（限流式和分压式）就有着极多的变化，通常是根据这些实验仪器的特点进行实验原理的变化，设计新的实验。
2.重视对实验操作能力的考查
考查方式如实验步骤的排序、纠错、补漏、实验误差的排除、错误的纠正等都与实验的实际操作过程紧密相关，学生的实际操作能力都能从其答题情况上得以体现。如2001年全国理科综合试卷考查了“电流表内阻测量”的实物图连接，2003年全国理科综合I试卷考查了“电阻测量”的实验电路，2005年全国理科综合I试卷考查了“测电源电动势和内阻”的实验电路等。
3.加强了对实验数据的处理能力及实验的多种思维方式的考查
这是对学生较高层次的考查，要求学生能根据自己学过的物理知识和有关的数学方法（列表法、图象法、平均值法等）得出相应的结论。如2002年全国理科综合Ⅰ试卷第29题是用“验证玻意耳定律”的仪器测得的物理量求出大气压强Po的公式，又如在2003年全国理科综合Ⅰ试卷有关“电阻测量”的考查中要求用所给图的数据点进行电阻阻值的计算，都是此类性质的考查。
4.电学实验仍然是考查的重点
《考试说明》指出：实验能力包括独立完成实验能力，能够根据要求灵活运用已学过的物理知识，实验方法和基本的实验仪器，设计实验并处理相关的实验问题。电学实验由于其具备开放性、设计性、探究性、灵活性和思想性等多个维度考查功能，能够较好地考查学生的实验能力。如在电学实验中“伏安法测电阻”是最基本的实验，“闭合电路欧姆定律”是“伏安法测电阻”的知识基础，通过考查这类实验，能够很好地考查学生对电学知识的掌握程度。另外，电学实验变换无穷。从内容上看：电流表的内接法和外接法，滑动变阻器的限流式和分压式，电路的组合和数据的处理、误差分析等，都可以进行太多的变换，形成新的实验；从考查实验方法的角度看：电阻的测量常用到比例法、半偏法、替代法等物理方法，从任何一个角度进行考查，在原有实验原理的基础上都会出现一个新的题型。
应当引起足够重视的是，近年来，有关设计性实验的试题已逐渐成为考查的重点。设计性实验是对实验能力更高层次的要求，能有效考查学生灵活运用基础知识的能力及实践操作能力，体现了“素质、创新”的主题，是高考命题较具活力的领域。
二、 由典型高考实验试题试析设计性实验
例1（2004年全国高考理科综合）:实验室有一电压表，量程为150mV，内阻约为150Ω，现要将其改装成量程为10mA的电流表并进行校准。为此，实验室提供了如下器材：干电池E（电动势为1.5mV），电阻箱，滑动变阻器R’，电流表（有1.5mA、15mA、150mA三个量程）及开关S。
对电表改装时必须知道电压表的内阻。可用图1所示的电路测量电压表的内阻，在既不损伤仪器又能使精确度尽可能高的条件下，电路中的电流表应选量程________。若合上S，调节滑动变阻器后测得电压表读数为150mV，电流表的读数为1.05mA，则电压表内阻Rmv为________。（取三位有效数字）
解析：
（a）由题可知，电压表量程为150mV，内阻约为150Ω，则电压表的满偏电流约为=1.0mA，根据题意要求既不损伤仪器又能使精确度尽可能高，则电流表应选择量程为1.5mA。
（b）闭合S后，要测电压表的内阻，可用电压表测量自身电压，电压表读数为150mV，电流表读数为1.05mA，则电压表内阻为Rmv==143Ω。
教学评析：这是一道相对简单一些的设计性电学实验题。考查了有关伏安法测电阻实验中电表量程的选择问题。此题中电压表充当了两个角色：既是电压表又是被测电阻，我们知道电压表是将电压测量转换为电表电流和电表电阻的乘积，即U=ⅠVRV，了解了这些知识后就可以把已知电阻的电压表视为电流表来使用。本题剖析了实验仪器的设计原理，突出了实验仪器的灵活性知识，考查了学生的迁移能力和变换能力。
例2（2005年全国高考理科综合）：测量电源的电动势E及内阻r（E约为4.5V，r 约为1.5Ω）。
器材：量程3V的理想电压表，量程为0.5A的电流表（具有一定的内阻），固定电阻R=4Ω，滑动变阻器R'，开关S，导线若干。
（1）画出实验电路原理图，图中每个元件需用题中给出的符号或字母标出。
（2）实验中，当电流表读数为Ⅰ1时，电压表读数为U1；电流表读数为时Ⅰ2，电压表读数为U2，则可求出E=_______ ，r=________。（用Ⅰ1、Ⅰ2、U1、U2及表示）
解析：
（a）由题中已知电压表的量程为3V，而电源电动势E约为4.5V，电压表量程小于电源电动势，所以电压表不能直接接到电源两端，故需要在教材原理实验电路图的基础上再串联定值电阻，作为保护电阻，以增大内阻减小路端电压。
（b）内接法和外接法的选取：题目中说明了电流表具有一定的内阻，一般情况下其与电池的内阻为同一数量级，若采用图2所示电路，电流表内阻未知，无法计算。
（c）分压式和限流式的选取：题目中滑动变阻器的作用是控制电路中的电流，所以应采用限流式。
综合分析可知电路采用限流式、内接法，如图3所示。根据闭合电路欧姆定律可得：
E=U1+Ⅰ1（R+r）
E=U2+Ⅰ2（R+r）
教学评析：这是一道有一定难度的设计性电学实验题，源于教材但又高于教材，需要打破思维定势分析解决此题。对于给定的器材进行创新设计，才能求得电源电动势及其内阻。
实际上，上述两题都涉及到了仪器的合理选取、使用问题，仪器的选取、使用关系到设计性实验的成败，因此，应特别引起注意。概括起来应注意以下几点：
（1）安全性：主要指选用的实验仪器在使用时不能损坏，保证实验正常进行。如电流表和电压表不能超过允许的最大量程，通过用电器和滑动变阻器及电源的电流不能超过其额定电流值等。
（2）精确性：选用的实验器材应尽可能地减小实验误差，精确度要高。如在选用的电流表和电压表不超过量程的条件下，尽可能使仪表指针偏转角度要大（超过2/3量程）。对于欧姆表的选用，则要求指针最好在中间刻度附近的倍率档位。若在实验要求中不考虑电源内阻和电流表内阻的影响，或不考虑电压表的分流作用，则选用的电源及电流表的内阻应尽量小，或电压表的内阻尽量大。
（3）方便性：实验仪器的选择应便于操作，选用尽量少的实验仪器做最成功的设计性实验方案。如使用滑动变阻器不仅要考虑满足额定电流条件，还应考虑到接入的电阻是否能够有效并且方便地调节被测电路的电流和电压，使数据成线性变化。
（4）可行性：实验方案中对所选用的器材要易于配置，不能脱离实际，不能超越现有条件。
纵观近年的全国高考物理实验试题，测试目标明确，很好地体现了《考试大纲》的要求，充分渗透着创新意识，灵活、新颖的试题设置科学、规范，考查的内容有较为合理的覆盖面和比例，体现了运用已学知识解决新问题的能力考核要求，起到了很好的示范导向作用。可以预见，随着我国普通高中课程改革的稳步推进，重视理论联系实际，重视实验教学和实践探究能力的考查，尤其是设计性实验的考查，将会成为高考内容改革的热点。
参考文献
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[5] 宋瑞金，孙志高.浅谈高考设计性实验题解题策略.物理教师，2006（7）：59-61.
（责任编辑孙晓雯）
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