一、物理开放题的意义
开放性的物理试题一般是通过提供材料和设置问题情境等方式引出话题,在题目的某一个或某几个环节上具有多种可能或者不确定性,由同学们自由选择主题或者选择合适的条件、过程和方法作答.作为考查同学们综合能力和素质的一种题型,开放性试题具有选择性和开放性的特点,体现了知识的综合性、过程的探究性和结论的多样性,有利于考查同学们思维的广阔性、深刻性、批判性和灵活性等多种思维品质,对培养同学们的创新精神,提高发现问题与提出问题的能力有着积极的意义.
由于该题型以考查同学们的发散思维和创新意识为目的,同学们在解答过程中,对问题的分析和判断往往不能简单地判定为“对”或“错”,而应该从不同的角度来辩证地分析,因而答题情况能够反映出答题者的不同能力层次.具体评分时,可按照解答所涉及的内容和结论的不同来划分不同的等级分.
二、物理开放题的类型
一道物理试题通常可以理解为由五个基本环节组成,即:设置问题情境、设置条件和疑问、分析物理过程、选择解题方法、正确得出结论.因此,将这五个基本环节进行开放性设置,就对应着如下6类开放题型.
1.情境开放:这类试题的情境大多来源于丰富多彩的生活实际.要求同学们能够从众多的生活情景中,自主选择符合题目要求的内容,此类试题能够较好地考查同学们理论联系实际的能力、对信息的识别、采集、分析的能力,考查同学们知识面的宽广度.
2.条件开放:题目给定的条件有多种或多类或者指向不明确,这就要求同学们能够根据题目的需要,恰当地选择合理的、必要的条件来进行解题.有些题目设问的指向不明确,旨在考查同学们发现问题和提出问题的能力.
3.过程开放:根据题目的已知条件来得到最终结论的物理过程可能有多种,多样化的物理过程必然要求同学们结合所学知识进行认真分析,对不同的物理过程的选择可以折射出同学们不同的物理思维.
4.方法开放:就相同的物理过程而言,也可以选择不同的方法进行解决,对不同的解题方法的选择同样可以折射出同学们不同的思维方式.
5.结论开放:试题的结论可能出现多种可能,答案也不一定是唯一的,不同结论的得出,也体现了同学们把握问题本质的不同的能力.
6.综合开放:是指试题在多个环节上都是开放的,旨在考查同学们的知识面的广度和深度,同时也考查了同学们围绕主题综合地分析问题和解决问题的能力.
三、典型试题解析
例1为宣传安全用电,某同学制作了一幅宣传画,如图1所示.请为该宣传画配上解说词:.
解析根据题图,这是一个触电后的应急处理宣传画,题图上至少呈现出三个情境可供分析和判断:趴在地上的小孩触电了;一个男孩用棒正在挑电线;一个女孩正在拉电闸.如果只对这三个情境中的任何一个或两个情境来配解说词,都将是不全面的,都不能得到满分,只有对这三个情境的整体情况配解说词,才是最佳结果.
答案发现有人触电时,应立即切断电源,或者用干木棍等绝缘体挑开电线.
说明这是一道情境开放题,如果只答成“发现有人触电时,应立即切断电源”或者“发现有人触电时,应用干木棍等绝缘体挑开电线”也不能算错,只能认为与正确答案相比,他们的思维能力层次有一定差距.即便是答案“发现有人触电时,应用干木棍等绝缘体挑开电线”与答案“发现有人触电时,应用干木棍挑开电线”相比,也反映出答题者的不同思维品质,显然前者好于后者.
例2湛江市正在创建国家环境保护模范城市,推开窗门,满目青翠,走出家门,街道宽敞整洁,车水马龙,热闹非凡.小明家住市中心,他担心奶奶寂寞,想请奶奶与他同住,但奶奶嫌城市夏天太热而不愿住,这激发了小明探究城乡温差原因的兴趣.暑假的某一天,他请学校兴趣小组的同学分别到选定地点,于中午同一时刻测出测试点的气温,如下表.
(1)气温最低的区域是;分析该区域气温低的主要原因;
(2)质量为10kg的水在太阳光的照射下,温度升高了5℃,水吸收的热量是J,这是通过方式改变水的内能.[水的比热容为c=4.2×103J/(kg·℃)]
(3)请你为湛江市“创模”献计献策,提出两种降低市中心环境气温的办法:
①;
②.
解析题目第(3)问明确了要得到的结果是“降低市中心环境气温”,要求找出两种适合这个结果的条件,我们可以直接根据所学的“影响环境温度”的相关知识来进行回答,也可以通过对题目中表格内不同地点温度不同的比较,总结出影响温度高低的相关因素.如农村和公园环境温度较低,是因为这些地方的植物较多,故要提倡多植树;海滨的温度也较低,是因为水源充足,水的蒸发会吸热,故要建造人工湖;而在商业区车辆较多、居民区则因为人口密集、环境热源较多等,必然会导致环境温度较高.
答案(1)海滨、水的比热容大(2)2.1×105、热传递(3)植树、建造人工湖(或增加绿化面积、限制机动车的行驶、尽量使用太阳能、控制人口数量、减少环境热源等)
说明这是一道条件开放题,要满足题目要求的结果,可能存在各种条件,要求我们能够根据结果与条件之间的相互关系进行正确判断.本题要求为“创模”献计献策,故最佳答案应是植树和建造人工湖,其他答案并不算不对,而是与题目所涉及的物理关系联系不紧密,故对于本题而言,判分时也不宜“合理的都可给分”,否则,就失去了开放题考查同学们思维深刻性的能力要求和试题价值.
例3发光二极管只允许电流从二极管的正极流入,负极流出.如图2所示,使磁铁在线圈中左右移动,此时会看见两只发光二极管轮流发光.该装置发光根据的是
原理,生活中根据这一原理工作的机器有.小波同学认为用一只发光二极管也可以,为什么要用两只呢?对小波同学的想法,你是如何看待的?
解析本题主要考查的是电磁感应现象的原理和过程分析.如图2,当只用上面的一只发光二极管时,磁铁从左边向如图位置运动的过程中,二极管是不发光的,只有磁铁从如图位置向右运动时,上面的二极管才会发光,因而用一只二极管时可节省材料,但只有一半过程发光,故效果不如用两只的好.用两只时,不管磁铁向左还是向右移动,都可以看到有一只二极管发光.
说明这是一道过程开放题,小波同学的两种做法均不错,只是第二种做法能更直观、形象地反映出实验的完整过程,因而,根据对问题的不同回答就能够考查出同学们对实验过程的正确理解和不同的评价观念.
例4小明想测额定电压为2.5V、正常工作电流小于0.3A的小灯泡的电阻.
(1)如图3是小明没有连接完的实物电路,请你用笔画线代替导线将实物图补充完整.(要求滑动变阻器连入电路的阻值最大)
(2)连接好电路后,小明进行了实验,记录的数据如下表所示.
请仔细分析表中实验数据,回答以下问题:
①表中有一个明显的错误数据,请指出错误数据并分析产生的原因.
.
②小灯泡正常发光时的电阻为Ω.
(3)完成上述实验后,小明想用原电路测量一段电阻丝Rx的阻值(约10Ω).他用电阻丝替换了灯泡,闭合开关,发现电压表已损坏,将其拆除,不改变其他电路元件的连接方式,小明也完成了实验.请简述实验步骤并写出计算Rx的最后表达式.(已知滑动变阻器的最大阻值为R0)
实验步骤:.
表达式:Rx=.
解析本题涉及考点有:实物连线、数据分析及处理.在第(2)问中,分析数据的错误至少有三种方法:一是根据小灯泡正常工作的电流小于0.3A,当到达表中的1.0A时,灯泡早已烧坏了;二是依据电压增大时,电流也同时增大这一规律来判断;三是先分别计算出4次实验所测量出的电阻值再进行判断.第(3)问则考查了一种非常规测电阻的方法,以及滑动变阻器当定值电阻使用的规则.具体步骤为:闭合开关,使滑动变阻器连入电路的阻值最小(为零),记下电流表的示数I1;将滑动变阻器连入电路的阻值最大,记下电流表示数I2.
答案(1)图略(滑动变阻器的左下端接线柱应与电流表“0.6”接线柱相连接)
(2)①1.0读数时看错电流表的量程
(2)②12.5
(3)表达式:Rx=■R0
说明这是一道方法开放题,一方面要求在平时的学习过程中,要能够掌握不同的分析方法,另一方面还要能够善于运用一些非常规的分析方法来解决疑难问题,这类题目能够较好地考查同学们的发散思维能力.
例5在一个盛有冰水混合物的烧杯中插入一支温度计,用酒精灯对烧杯缓慢加热.下表是明明同学的记录:
分析上表可知:
(1)冰是;(选填“晶体”或“非晶体”)
(2)你还能得出什么结论?请答出两点:
a.;
b..
解析由于冰在熔化过程中温度保持不变,故冰是晶体.认真研究表中的内容,可以分析出许多信息,从而得出多个结论,如:冰的熔点是0℃;晶体熔化过程中,温度保持不变;晶体熔化过程要吸热;熔化过程内能增加;冰水混合物温度是0℃等.
说明这是一道结论开放题,此类试题要求同学们要善于分析题目所给的各种信息,结合所学物理规律进行总结.就本题的各种结论而言,可以归纳为三个层次:第一层次是直接性结论,直接通过观察表中的信息即可得到,如冰的熔点是0℃,冰水混合物温度是0℃等;第二层次是比较性结论,通过比较表中不同信息之间的关系而得出,如晶体熔化过程中,温度保持不变;第三层次是综合性结论,是指在掌握了相关信息并进行分析归纳才能得到的结论,如晶体熔化过程要吸热,熔化过程内能增加等,该层次的结论体现了学生的理性思维结果.
例62009年3月29日,中国女子冰壶队在韩国江陵举行的2009年世界女子冰壶锦标赛决赛中,战胜瑞典队夺得冠军,如图4是比赛时的一个画面.冰壶是以三人为单位在冰上进行的一种投掷性竞赛项目.当投掷手将冰壶投出后,冰壶向前运动时,同队有两名队员手持毛刷,在冰壶运行的前方用力左右擦刷冰面,使冰壶溜进营垒或接近营垒.请你根据上述描述,提出与你学过的物理知识有关系的两个问题并做出解答.
(1);
(2).
解析根据题目的描述和题图所示的情景,可提出如下一些问题并做出解答:运动员为什么用力左右擦刷冰面?为了减小摩擦力;冰壶为什么能继续运动?由于惯性;冰壶为什么会停止?由于受到摩擦力;冰壶在竖直方向上受几个力作用?受重力和支持力;冰壶在运动中受到的摩擦力是否在变化?随接触面的粗糙程度的变化而变化;冰壶原来的动能是怎么减小的?克服摩擦力做了功等.
说明这是一道综合开放题,让同学们根据题意提出问题并解答问题是开放度较大的题型,类似于上题,这类题的设问和解答也可以分为三个层次:第一层次是直接观察类,通过对题目中某一个信息提出问题并解答,如运动员为什么用力左右擦刷冰面?为了减小摩擦力;冰壶为什么能继续运动?由于惯性;第二层次是比较概括类,通过对几个信息的比较,概括地提出相关问题,如冰壶在运动中受到的摩擦力是否在变化?随接触面的粗糙程度的变化而变化等;第三层次是综合分析类,立足物理现象,进行理性思考,提出物理本质问题,如冰壶原来的动能是怎么减小的?克服摩擦力做了功等.
四、类题精编
1.说起光速,人们总是感觉快得无法想像.其实科学家已经在实验室内将其降得很慢.请你设想一下,假如光速只有3m/s,我们的世界会发生什么变化?写出一个场景:
.
2.如图5所示,是小明同学探究“怎样产生感应电流”的实验装置.其中ab是一根铜棒,通过导线连接在灵敏电流计的两接线柱上.实验时发现,无论怎样水平移动金属棒,电流计指针都没有明显偏转(仪器、接触都完好).请从两个方面提出改进措施,以使指针偏转明显.
①;
②.
3.为了探究电动机为什么会转动,小明根据电动机主要构造制作了一台简易电动机(如图6),他用回形针做成两个支架,分别与电池的两极相连,用漆包线绕一个矩形线圈,以线圈引线为轴,并用小刀刮去轴的一端全部漆皮,另一端只刮去半周漆皮将线圈放在支架上,磁体放在线圈下方,闭合开关,用手轻推一下线圈,线圈就会不停地转动起来.
(1)要想改变线圈的转动方向,小明可采用的措施是:、;(写出两点)
(2)开关闭合后,如果电动机不转,可能的原因是:、;(写出两点)
(3)小明还想设计一个能调节电动机转速的实验装置,他还需要的主要器材是
,并在虚线框内画出实验电路图?(电动机用符号M表示)
4.我国出台了一系列有关“家电下乡”的政策,其中对购买高能效、低能耗的家电产品实行政府财政补贴,就国家这一政策对能源与社会发展带来的影响,发表你的看法.
5.一辆质量为5t的大型货车,允许满载货物的质量为20t,货车前后共有10个轮子,满载货物时每个轮子与地面的接触面积为0.04m2,此车的功率为300kW,车满载货物并以20m/s的速度在平直公路上匀速行驶1000m.请你提出与本题有关的3个物理问题并计算出来,照示例进行设问和解答.(示例除外,但在示例中求出的数据可在自己的解答中使用.g取10N/kg)
示例
问题:满载时车和货物的总重力是多少?
解G总=G车+G货=(m车+m货)g
=(5×103kg+2×104kg)×10N/kg=2.5×105N.
参考答案
1.先闻其声后见其人;不能凭视觉判断运动物体的真实位置,耳朵的作用将比眼睛大;开关闭合后稍后才能看到灯光;先听见雷声后看到闪电等.
2.换用强磁铁将ab换为多根导线.
3.(1)①改变电流方向②改变磁场方向(2)①接线柱接触不良②磁铁的磁性不够强③线圈匝数太少④电池电压不够(3)滑动变阻器见图7
4.我国的能源消耗以化石能源为主,鼓励使用高效家电产品,可有效提高能源利用率,实现节能减排,保护环境,促进社会可持续发展.
5.提示:可从车的重力、对地压力和压强、行驶时间、速度、匀速行驶所受牵引力、阻力、牵引力做功等角度设问并解答.
