37卷第1期物理教学Vo1．37NO．12015年1月PHYSICSTEACHINGJan．20151，lO98一道高考题的解析探讨和透视观察朱木清(湖北省武汉市黄陂区第一中学湖北430300)摘要本文通过对2014年高考上海卷中一道探究性实验题的解析探讨，联系新课改力推的学习方式变革，总结出高考试题对探究性学习的选题引领的五个方面。关键词高考物理实验题探究性学习文章编号1002—0748(2015)1—0068中图分类号G633·7文献标识码B试题(2014·上海卷29)某小组在做“用单摆测定重力加速度”实验后，为了进一步探究，将单摆的轻质细线改为刚性重杆。通过查资料得知，这样做疗—工_===成的“复摆”做简谐运动的周期T一27／，Vmg，式中为由该摆决定的常量，m为摆的质量，g为重力加速度，r为转轴到重心C的距离。如图1(a)所示，实验时杆上不同位置打上多个小孔，将其中一个小孑L穿在光滑水平轴0上，使杆做简谐运动，测量并记录r和相应的运动周期T；然后将不同位置的孔穿在轴上重复实验，实验数据见表，并测得摆的质量m一0．50kg。(2)I的国际单位制单位为，由拟合直线得到的值为(保留到小数点后二位(3)若摆的质量测量值偏大，重力加速度测量值。(选填：“偏大”、“偏解析探讨：(1)由T一2Ⅱ^／±，整理得：Tz：Vmg，4~2rz9472—Ic。结合图示直线知，横坐标为r2，纵坐gmg标即为T。r；(2)根据Tr一—472r-2+472—Ic可知47Zlc和r／m0．450．40O．35O．30O．25O．2Ol丁／s2．112．142．2O2．3O2．432．6447zrzg，—g1ng的单位是相同的，故I的单位为kg．mz；直线(1)(b)图1(1)由实验数据得出图1(b)所示的拟合直线，图中纵轴表示；的斜率愚一等，由图可知忌一_3．68，解得：g一47"(g下—lO．7m／s)；由图示直线得：纵截距b一—4n2Ic一1．25，则I。一0．17kg．mz。|I毡(3)根据Tzr一4~2—r2+量值偏大，不影响直线的斜率，故不影响重力加速度的测量值，即不变。故答案为：(1)，．；(2)kg·n12；0．17；(3)不变。这道探究性实验题，源自普通物理实验。中学生运用所学知识，通过探究可以解答题目问题。但考试过后，学生会追问：复摆的周期公式怎么来的?看似简单的摆动，其实蕴含着非常复杂的数理知识，教师需深·68·37卷第1期物理教学如图2所示，依题意，复摆的总质量为过重心C且垂直纸面轴的转动惯量为I，重心C到转轴。的距离为r，根据平行轴定理，则整个摆对轴0的转动惯量为—I+mr"。当摆的角位移为时，由转动定理，得：喀一mgn当极小时，sin0≈0，上式变为d0+。==0令一0)2则dZO+一d￡程，其解为0一27c／；大摆幅条件下，周期的表达式为VgT一T[+1sinz(导)+si13．4(导)+]即T随摆幅0的变化而变化。这个结论正是2008年高考上海卷第17题的题根。附：(2O08·上海卷．17)已知单摆在任意偏角0时的周期公式可近似为T一ToI1+(导)]，式中丁0为偏角0趋近于0。时的周期a为常数。为了用图象法验证该关系式，需要测量的物理量有；若某同学在实验中得到了如图3所示的图线，则图象中的横轴表示。图3式中Oo(0o<5。)为最大偏角——摆幅，复摆做角谐振动，周期与摆幅无关。由一挈，得周期：T一2丌√一2丌^／、，7r，这就是试题给出的已知条件。讨论：(1)在摆的总质量m和过重心C且垂直纸面轴的转动惯量为一定的条件下，重心C到转动轴0的距离r不同，复摆做角谐振动的周期T不同，而r-r~为线性关系，题目图示直线反映了这一规律。(2)对于确定的复摆，任意摆幅条件下都有+sin一。，不同于+一。，是非线性微分方程，则角位移0随时间t的变化规律不是余弦关系，复摆不是做简谐振动，而是一种非线性振动。令m丁gr一叫2，则d20+0)2Sin一0当摆幅岛极小时，周期为T一一2√一2兀L+rnr2，任意摆幅时周的表达式为，，解析：将题设关系式变为sin(普l一、厶，．一，af}一11，知sinzf导1——T为一次函数，图象＼』0，＼厶，为直线，图象横轴表示T。验证该关系式，需要测量单摆在任意摆角时的周期丁。本题答案为T、；T。透视观察：探究性学习是新课改及其高考力推的学习方式。在探究性学习中，其发端——课题选择，相对其过程本身更为重要，而此时师生总是普遍发愁。通过上述试题讨论，我们透过试题本身，可看到高考正是针对中学师生的困惑，对其选题进行有效引领。纵观多...
