■河南省洛陽市第二中學(xué) 王春旺

我國正在逐步推行的新高考是普通高?；诮y(tǒng)一高考和高中學(xué)業(yè)水平考試的綜合評價多元錄取機制。在各地命制的新高考試卷中,“創(chuàng)新實驗”成為命題的新亮點。通過對近幾年新高考地區(qū)“創(chuàng)新實驗”命題的研究不難發(fā)現(xiàn),這些創(chuàng)新實驗均來源于科技、生活和教材。

命題熱點一：天宮課堂

熱點解讀：我國航天員已經(jīng)開展了三次太空授課,使千萬中學(xué)生受益,極大激發(fā)了青少年的科技熱情。2022年6月5日,“神舟十四號”飛船搭載航天員陳冬、劉洋和蔡旭哲,成功發(fā)射,并與天和核心艙順利對接?！吧裰凼奶枴憋w行乘組首次利用位于問天實驗艙的氣閘艙實施了三次出艙活動,并于2022年10月12日在問天實驗艙開展了天宮課堂第三課。航天員太空授課時,為青少年展示了一系列科學(xué)實驗,這些實驗均可能成為高考命題的素材。

例1(2022年高考山東卷)在天宮課堂中,我國航天員演示了利用牛頓第二定律測量物體質(zhì)量的實驗。受此啟發(fā),某同學(xué)利用氣墊導(dǎo)軌、力傳感器、無線加速度傳感器、輕彈簧和待測物體等器材設(shè)計了測量物體質(zhì)量的實驗,如圖1所示。主要步驟如下:點,A點到O點的距離為5.00 cm,拉動滑塊使其左端處于A點,由靜止釋放并開始計時;

圖1

④計算機采集獲取數(shù)據(jù),得到滑塊所受彈力F、加速度a隨時間t變化的圖像,部分圖像如圖2所示。

圖2

回答以下問題(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字):

(1)彈簧的勁度系數(shù)為____N/m。

(2)該同學(xué)從圖2中提取某些時刻F與a的數(shù)據(jù),畫出a-F圖像如圖3 中直線Ⅰ所示,由此可得滑塊與加速度傳感器的總質(zhì)量為____kg。

圖3

①將力傳感器固定在氣墊導(dǎo)軌左端支架上,將加速度傳感器固定在滑塊上;

②接通氣源,放上滑塊,調(diào)平氣墊導(dǎo)軌;

③將彈簧左端連接力傳感器,右端連接滑塊,彈簧處于原長狀態(tài)時滑塊左端位于O

(3)該同學(xué)在滑塊上增加待測物體,重復(fù)上述實驗步驟,畫出新的a-F圖像如圖3中直線Ⅱ所示,則待測物體的質(zhì)量為____kg。

解析：(1)彈簧處于原長狀態(tài)時滑塊左端位于O點,A點到O點的距離為5.00 cm,拉動滑塊使其左端處于A點,由靜止釋放并開始計時,則結(jié)合F-t圖像得Δx=5.00 cm,F=0.610 N,根據(jù)胡克定律得F=kΔx,解得k=12 N/m。

(2)根據(jù)牛頓第二定律得F=ma,則a-F圖像的斜率等于滑塊與加速度傳感器的總質(zhì)量的倒數(shù),結(jié)合圖3 中直線Ⅰ得,解得滑塊與加速度傳感器的總質(zhì)量m=0.20 kg。

(3)在滑塊上增加待測物體的情況下,結(jié)合圖3 中直線Ⅱ得3 kg-1,解得滑塊、待測物體與加速度傳感器的總質(zhì)量m'=0.33 kg。根據(jù)m'=m+Δm,解得待測物體的質(zhì)量Δm=m'-m=0.33 kg-0.20 kg=0.13 kg。

答案：(1)12 (2)0.20 (3)0.13

點評:本題以天空課堂中演示的利用牛頓第二定律測量物體質(zhì)量的實驗為背景材料,涉及的知識點主要有胡克定律,牛頓第二定律;涉及的實驗知識主要有氣墊導(dǎo)軌的使用,利用力傳感器測量力,利用加速度傳感器測量加速度,利用計算機采集獲取數(shù)據(jù),運用圖像法處理實驗數(shù)據(jù)等。

命題熱點二： 生活中的實際問題

熱點解讀：在我們的日常生活中,茶杯掉在用瓷磚鋪成的地板上,碎了;茶杯掉在鋪著地毯的地面上,沒有摔壞。乒乓球與乒乓球臺碰撞前后滿足一定的能量關(guān)系,彈簧被壓縮后將物塊彈出滿足一定的能量關(guān)系等。這些生活中的實際問題都可能成為高考實驗命題的素材。

例2(2022年高考廣東卷)某實驗小組為測量小球從某一高度釋放,與某種橡膠材料碰撞導(dǎo)致的機械能損失,設(shè)計了如圖4所示的裝置,實驗過程如下:

圖4

(1)將小球從某一高度由靜止釋放,與水平放置的橡膠材料碰撞后豎直反彈。調(diào)節(jié)光電門的位置,使小球從光電門正上方釋放后,在下落和反彈過程中均可通過光電門。

(2)用螺旋測微器測量小球的直徑,示數(shù)如圖5所示,則小球的直徑d=____mm。

圖5

(3)測量時,應(yīng)____(選填“A”或“B”,其中A 為“先釋放小球,后接通數(shù)字計時器”,B為“先接通數(shù)字計時器,后釋放小球”)。記錄小球第一次和第二次通過光電門的遮光時間t1和t2。

(4)計算小球通過光電門時的速度,已知小球的質(zhì)量為m,可得小球與橡膠材料碰撞導(dǎo)致的機械能損失ΔE=_____(用字母m、d、t1和t2表示)。

(5)若適當(dāng)調(diào)高光電門的高度,將會_____(選填“增大”或“減小”)因空氣阻力引起的測量誤差。

解析：(2)根據(jù)螺旋測微器的讀數(shù)規(guī)則可知,小球的直徑d=7.5 mm+0.385 mm=7.885 mm。

(3)因為小球做自由落體運動至與橡膠材料碰撞所用的時間很短,所以測量時應(yīng)該先接通數(shù)字計時器,后釋放小球。

(5)若適當(dāng)調(diào)高光電門的高度,將會增大小球做自由落體運動下落的高度,也會增大因空氣阻力引起的測量誤差。

答案：(2)7.885 (3)B (4)(5)增大

點評:本題以我們?nèi)粘Ｉ钪械奈矬w做自由落體運動為背景材料,涉及的知識點主要有自由落體運動規(guī)律,豎直上拋運動規(guī)律,動能的表達(dá)式,瞬時速度的計算,碰撞過程中損失的機械能;涉及的實驗知識主要有光電門和數(shù)字計時器的使用,螺旋測微器的讀數(shù)規(guī)則,誤差分析等。

命題熱點三：教材中的輔助欄目

熱點解讀：教材是高中物理學(xué)習(xí)的藍(lán)本,也是高考命題的依據(jù)。教材中的輔助欄目,例如“科學(xué)漫步”“做一做”“STSE”等的內(nèi)容都可能成為高考實驗命題的素材。

例3(2021年高考遼寧卷)某同學(xué)閱讀教材中的“科學(xué)漫步”欄目,對“流體的阻力(f)跟物體相對于流體的速度(v)有關(guān)”這一說法產(chǎn)生了興趣,通過查閱資料得知:對于球形物體,二者間存在定量關(guān)系f=kv,k為比例系數(shù)。該同學(xué)為探究這一關(guān)系利用如圖6甲所示裝置測量k。具體操作如下:在柱狀玻璃容器中注入某透明液體,將小球在液面處由靜止釋放,當(dāng)小球運動到0 刻度線處開始計時,每下落10 cm 記錄一次時間,得到多組下落高度h與時間t的數(shù)據(jù),作出h-t圖像如圖6乙中實線所示。

(1)根據(jù)h-t圖像可知,從計時開始小球近似做_____運動。

(2)已知液體密度ρ=8.0×102kg/m3,小球體積V=5.0×10-10m3,小球質(zhì)量m=4.0×10-6kg,結(jié)合h-t圖像得k=_____kg/s(浮力不能忽略,取重力加速度g=9.8 m/s2)。

(3)若再用一個體積V相同,密度較大的小球,重復(fù)上述實驗,所得h-t圖像也是一條直線,則該直線可能為圖6 乙中的虛線____(選填“①”或“②”)。

解析：(1)根據(jù)h-t圖像是一條過原點的傾斜直線可知,從計時開始小球的下落高度滿足關(guān)系式,即小球近似做勻速直線運動。

(2)根據(jù)h-t圖像的斜率表示小球的速度可知,小球在透明液體中的下落速度v=。小球在重力G=mg,浮力F=ρgV,阻力f=kv的作用下做勻速直線運動,根據(jù)平衡條件得G=F+f,解得,代入數(shù)據(jù)得k=5.3×10-4kg/s。

(3)根據(jù)平衡條件得G=F+f,解得。若再用一個體積V相同,密度較大的小球,重復(fù)實驗操作,則其質(zhì)量m較大,所受重力G=mg較大,所受浮力F=ρgV不變,根據(jù)可知,小球在透明液體中的下落速度v變大,h-t圖像的斜率變大,該直線可能為圖6乙中的虛線①。

答案：(1)勻速直線 (2)5.3×10-4(3)①

點評:本題源自于人教版教材必修第一冊第63頁“科學(xué)漫步”欄目中的“流體的阻力”。根據(jù)小球在液體中下落受到的阻力大于在空氣中下落受到的阻力,為了便于測量,采用小球在液體中下落的方法來研究小球受到的阻力。

總之,在考查學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的新高考體系中,創(chuàng)新實驗成為高考實驗命題的主旋律。透過上述典型例題可以看出,高考試卷中的創(chuàng)新實驗仍然遵循來源于教材,高于教材的命題原則,其目的是通過創(chuàng)新實驗考查學(xué)生的科學(xué)思維能力和分析解決實際問題的能力,以達(dá)到選拔出創(chuàng)新性人才的目的。