2023年高考全国乙卷第17题的图象还原误区与改进

摘要

2023年高考全国乙卷第17题考查的内容为电磁感应实验，该题展示出非常优美的磁阻尼实验图象。然而在实际的实验还原过程中发现容易出现与原图对称、过载平顶、波峰突起、间距太近、锯齿状等诸多误区。对此，改进实验方案，精准还原实验图象，充分验证了高考的命题思路，达到从“解题”向“解决问题”转变，有效提升学生的学科素养。

Graphical abstract

关键词

电磁感应 / 磁阻尼 / 高考定量分析 / DIS应用 / 高考全国乙卷 / 图象还原 / 误区

认真分析2023年高考全国乙卷第17题发现，其图象展示非常优美，让人怀疑是不是模拟出来的“假曲线”。从高考试题严谨性的角度出发，笔者尝试还原图象。

1 原题再现

一学生小组在探究电磁感应现象时，进行了如下比较实验。用图1所示的缠绕方式，将漆包线分别绕在几何尺寸相同的有机玻璃管和金属铝管上，漆包线的两端与电流传感器接通。两管皆竖直放置，将一很小的强磁体分别从管的上端由静止释放，在管内下落至管的下端。实验中电流传感器测得的两管上流过漆包线的电流I随时间t的变化如图2和图3所示，分析可知（　　）。

【答案】A。

2 实验器材准备

铁架台、玻璃管（直径1.8 cm、长度40.0 cm）、铜管（直径1.8 cm、长度40.0 cm）、漆包线（直径0.2 mm）、强磁铁球（直径1.7 cm）、钢球（直径1.7 cm）、电流传感器等DIS仪器。漆包线密绕5匝3 cm线距，疏绕3匝6 cm线距，用透明胶布固定线圈^［1］。按原题所述安装装置。

3 玻璃管图象还原过程的失败与对策

3.1 图象与原题图对称，还原失败

采用磁性球完成实验，发现磁性不明，实验过程存在运气成分，经常出现如图4所示的情况，且与图3对称展示。改进办法：将磁性球与钢球相吸形成类似柱形磁体；尝试调整两球相对位置，找到符合原题图的磁极，顺利解决了与原图对称问题，同时两个小球连接不可能出现翻转的情况。当然，也可以直接采用柱形磁体。

3.2 后三波峰顶格过载，还原失败

在玻璃管中完成实验，发现磁阻不是很明显，加上两个小球重力比较大，磁球切割的速度也比较快，产生的电流太大，超出1 μA的量程，导致后面的电流无法测量并加以分辨，直接变成平顶状，如图5所示。为此，更换更大量程的电流传感器进行更换调试。

3.3 第一波峰突起，还原失败

在导线绕制过程中，没有预估电流大小，出现第一波峰异常明显，还原过程失败。分析原因发现，第一次切割速度太快。改进办法：重新绕制线圈，将第一匝线圈上移，反复调整，控制初始状态。采用“2 cm+6 cm”线距绕制，最终还原了与原题图一致的优美图象，如图6所示。

4 铝管图象还原过程的失败与对策

4.1 图象相隔太近，还原欠缺

为了还原磁体在铝管中运动的图象，笔者采用如图7所示的铜管代替，替换安装后直接测试，如图8所示。

出现如图8所示的图象有以下两个原因。

其一，第一匝同样是离开管口太远，对此，可以把线圈重新上移绕制即可。

其二，采用“3 cm+6 cm”线距绕制，但图象显得太局促，不美观。改进办法：重新采用“3 cm+8 cm”线距绕制，如图9所示，明显更接近原题图。

4.2 图象下端存在锯齿状，还原欠缺

图象下部仍然存有锯齿状，认真观察实验过程，发现两球拼接后形体有点长，容易与管壁发生摩擦碰撞，导致图象不够理想。

改进办法：借助重垂线调整管的位置，确保管在竖直线上，先尽量将两个球的大部分放入管口，对正后再静止释放，尽量减少歪斜碰撞的情况发生，实验结果可以完美复制原题图，如图10所示。

上述实验成果，能够充分体现高考试题的科学性、严谨性。在还原实验过程中，当遇到出现各种失败的图象等问题时，只要分析原因，找到解决问题的办法，就能锻炼学生的实验能力。教学要关注实验，回归教材，侧重考查知识的应用性，实现从“解题”向“解决问题”转变^［2］。

参考文献

[1] 陈毓华.2023年高考全国理综甲卷第8题的实验研究［J］.物理教师，2023，44（11）：68-70.

[2] 程力，李勇.基于高考评价体系的物理科考试内容改革实施路径［J］.中国考试，2019（12）：38-44.

基金资助

2024年度福建省电化教育馆教育信息技术研究课题“教育数字化转型背景下高中物理教学范式研究”(KT24084)