浅谈实验试题的命题规律
——以“验证牛顿第二定律实验”为例

江西

李红伟

分析典型问题,探究命题规律。

浅谈实验试题的命题规律
——以“验证牛顿第二定律实验”为例

李红伟

“验证牛顿第二定律实验”由于在实验原理、研究方法、数据处理方法、误差控制等方面，能较好地考查学生的理解能力、分析能力、实验操作能力和创新能力等能力要求，是高考考试大纲中规定的学生分组实验中的难点之一，故在近年高考中深受高考命题专家的青睐。本文结合历年高考试题，探讨实验试题命题的一般规律。

命题规律1：实验原型

本类试题以教材实验为原型进行命题，主要是考查对实验目的、实验原理、实验器材、实验步骤、数据处理等方面的理解。

【例1】某实验小组利用图1的装置探究加速度与力、质量的关系。

A.调节滑轮的高度，使牵引木块的细绳与长木板保持平行

B.在调节木板倾斜度平衡木块受到的滑动摩擦力时，将装有砝码的砝码桶通过定滑轮拴在木块上

C.实验时，先放开木块再接通打点计时器的电源

D.通过增减木块上的砝码改变质量时，不需要重新调节木板倾斜度

图1，，， 图2

【答案】①AD ②远小于 ③小于 大于

命题规律2：实验变式

这类试题与教材实验原型比较，实验目的相同、只是在实验原理、器材、步骤等某个方面有所改进。

【例2】某同学利用图3所示实验装置及数字化信息系统获得了小车加速度a与钩码的质量m的对应关系图，如图4所示。实验中小车(含发射器)的质量为200 g，实验时选择了不可伸长的轻质细绳和轻定滑轮，小车的加速度由位移传感器及与之相连的计算机得到。回答下列问题：

图3，，， 图4

【答案】(1)非线性 (2)存在摩擦力 (3)调节轨道的倾斜度以平衡摩擦力 远小于小车的质量

【点评】本试题在教材实验原型基础上进行了变化变形，利用位移传感器代替打点计时器，对实验条件、数据处理、误差分析等知识内容进行了考查。学生在解答该题应理解掌握控制变量这种实验方法，清楚实验每一项操作的理由，比如为什么要平衡摩擦力等。

命题规律3：实验迁移

这类试题以教材实验原型为背景，对实验的目的进行研究变化，如利用“验证牛顿第二定律实验”实验装置测量动摩擦因数、验证动能定理、验证机械能守恒等。由于实验目的的变化，因而在实验原理、方法、器材、步骤等方面也有相应的变化。

【例3】图5为测量物块与水平桌面之间动摩擦因数的实验装置示意图，实验步骤如下：

①用天平测量物块和遮光片的总质量M、重物的质量m；用游标卡尺测量遮光片的宽度d;用米尺测量两光电门之间的距离s；

②调整轻滑轮，使细线水平；

③让物块从光电门A的左侧由静止释放，用数字毫秒计分别测出遮光片经过光电门A和光电门B所用的时间ΔtA和ΔtB，求出加速度a；

⑤根据上述实验数据求出动摩擦因数μ;

图5，，， 图6

【点评】本试题利用“验证牛顿第二定律”实验装置测量物块与水平桌面之间动摩擦因数，实验目的发生了变化，是在教材原实验基础上进行了拓展迁移，对学生能力要求较高。同时利用光电门、数字毫秒计测量物块速度，现代气息浓。在解答该题时，应明确探究加速度与物体质量、物体受力的关系实验的实验原理，知道减小系统误差的两种方法。

命题规律4：实验创新

这类试题不同于教材实验原型，在实验背景、目的、原理方法、器材、步骤等方面与原实验有很大差距，可以说是“面目全非”，试题进行了全方位的创新设计。

【例4】现要验证“当质量一定时，物体运动的加速度与它所受的合外力成正比”这一物理规律。给定的器材如下：倾角可以调节的长斜面(如图7)、小车、计时器、米尺。

(1)填入适当的公式或文字，完善以下实验步骤(不考虑摩擦力的影响)：

①小车自斜面上方一固定点A1从静止开始下滑至斜面底端A2，记下所用的时间t。

⑤以h为横坐标，1/t2为纵坐标，根据实验数据作图。如能得到一条过原点的直线，则可以验证“当质量一定时，物体运动的加速度与它所受的合外力成正比”这一规律。

图7

(2)在探究如何消除上述实验中摩擦阻力影响的过程中，某同学设计的方案是：

①调节斜面倾角，使小车在斜面上匀速下滑。测量此时A1点相对于斜面底端A2的高度h0。

②进行(1)问中的各项测量。

③计算与作图时用(h-h0)代替h。

对此方案有以下几种评论意见：

A.方案正确可行

B.方案的理论依据正确，但利用所给的器材无法确定小车在斜面上是否做匀速运动

C.方案的理论依据有问题，小车所受摩擦力与斜面倾角有关

【点评】本试题不论在实验器材，实验原理等方面与教材原实验相比都不同，这对于学生的实验分析能力、实验设计能力要求很高，能很好地考查学生的创新思维能力。解答本题首先要清楚实验原理，清楚测量的物理量能否直接测量；否则要通过物理规律把变量进行转换，以便更好地进行研究和测量。

江西省全南县全南中学)

在自然科学中，创立方法，研究某种重要的实验条件，往往要比发现个别事实更有价值——巴甫洛夫