2023年6月浙江高考物理力学实验题评析
作者： 杨威
摘 要：针对网络上流传的6月浙江高考物理第16-Ⅰ题第（2）问的错误解答，深刻分析了错误原因，给出正确解析，并指出物理实验教学应立足真实情境、发展学生核心素养的教学启示。
关键词：试题评析；核心素养；模型建构
中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2024）2-0045-2
2023年6月浙江省高考物理第16-Ⅰ题第（2）问为力学实验题，考查“探究弹簧弹力与伸长量的关系”，是在教材实验装置基础上进行的适当变式，整体难度适中。
1 试题呈现
【题目】 16-Ⅰ（2）如图1所示，某同学把A，B两根不同的弹簧串接竖直悬挂，探究A，B弹簧弹力与伸长量的关系。在B弹簧下端依次挂上质量为m的钩码，静止时指针所指刻度xA，xB数据如表1所示。
钩码个数为1时，弹簧A的伸长量ΔxA= cm，弹簧B的伸长量ΔxB= cm，两根弹簧弹性势能的增加量ΔEp mg（ΔxA+ΔxB）（选填“=”“<”或“>”）。
2 网传解析的错因及正确解析
对于最后一空ΔEp与mg（ΔxA+ΔxB）的大小关系分析，网上流传的参考答案为“>”。相应给出的理由是“弹性势能增加量等于弹簧重力势能减少量与钩码重力势能减少量之和”，也即需要考虑弹簧质量带来的影响。
2.1 错因分析
没有深入思考“系统经历怎样的过程才最终静止”是产生错误的核心原因。
如果不考虑外力干预的影响，系统会做简谐运动，不可能保持静止状态。因此，题目隐含的真实情境为：通过外力干预让系统静止下来。学生在实际实验操作过程中，一般也是这样做的。
情况1 用手托住钩码缓慢下降，待系统最终静止。由于外力对系统做负功，由能量守恒易得
ΔEp<mg（ΔxA+ΔxB）
情况2 挂上钩码后系统做阻尼振动，振动能量不断损失，最终静止。此时，摩擦产生内能以及振动能量在介质中的传播，是系统机械能损失的主要原因，由能量守恒也能得出
ΔEp<mg（ΔxA+ΔxB）
即使将弹簧质量考虑进来，得出的结论仍为
ΔEp<mg（ΔxA+ΔxB）
2.2 正确解析
以悬挂一根劲度系数为k的弹簧为例展开讨论。设弹簧原长为x0，质量为Δm，将其竖直悬挂且下方未挂物体时长度为x1，挂上质量为m的钩码且系统静止时弹簧长度为x2。
未挂钩码时
k（x1-x0）=Δm·g（1）
挂上钩码后
k（x2-x0）=（Δm+m）·g（2）
钩码重力势能减少量
ΔEp（G）=mg（x2-x1）（3）
将（1）（2）式代入（3）式整理后可得
ΔEp（G）=（4）
当系统静止时，弹簧弹性势能增加量
ΔEp（k）=k[（x2-x0）2-（x1-x0）2]（5）
将（1）（2）式代入（5）式整理后可得
ΔEp（k）=（Δm+）（6）
由（4）（6）式得
=（7）
考虑到实验室中常用弹簧质量Δm一般远小于钩码质量m，所以（7）式的计算结果要小于1，即弹簧弹性势能的增加量小于钩码重力势能的减少量。
再拓展到试题中A和B两根弹簧串接起来的情境，同理可证：弹簧弹性势能的增加量小于钩码重力势能的减少量。
3 教学启示
物理是一门以实验为基础的学科。《普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）》明确指出：实验是物理学习的重要环节，是培养学生物理学科核心素养的重要途径和方式［1］。
3.1 实验教学要注重学生实践操作
这道试题是在教材实验“探究弹簧弹力与形变量的关系”基础上的简单变式。学生在实际操作过程中一定经历过“如何让系统快速静止”的困惑，教学过程中教师应及时引导学生发现、分析、解决困惑，让学生亲手实践操作必做学生实验以及有关演示实验、拓展实验。
3.2 实验教学要发展学生核心素养
让学生亲自动手做实验很重要，引导学生在实验过程中思考为何做、如何做、怎么分析更重要。教师应尽量创造实验条件，科学引导学生设计实验、开展实验，努力促进学生科学探究能力、科学态度、科学责任等物理核心素养的发展。
3.3 物理模型建构要立足真实情境
立足此题真实情境仔细思考发现：严格考虑弹簧质量的影响，会使系统弹性势能、重力势能、动能的定量计算非常复杂，所以要引入“弹簧质量与小球相比可以忽略”这一理想化条件。但弹簧振子模型是否成立的最关键因素在于——阻力能否忽略。也即，真实情境中，摩擦产生热量以及振动能量在介质中的传播是导致系统振动能量不断减少的最主要原因，是影响弹簧振子模型是否合理的关键所在，而弹簧质量带来的影响并不是核心因素。
总之，物理教学应立足真实情境、真实问题，让学生在深度思考中提高思维品质、发展核心素养。
参考文献：
［1］中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）［S］.北京：人民教育出版社，2020：6.
（栏目编辑 陈 洁）
收稿日期：2023-07-12
作者简介：杨威（1991-），男，中学一级教师，主要从事高中物理教学工作。