2013年厦门市中考物理试卷压轴题之“说题”

2013年厦门市中考物理试卷压轴题之“说题”
作者：许瑞熙
来源：《中学物理·初中》2014年第04期
2013年厦门市中考物理试卷压轴题第33题：
某课外活动小组要探究“水沸腾时，产生水蒸气的质量与吸收的热量的关系”.由于水蒸气的质量不易测量，他们用图1所示的装置进行实验.接通电源后，保温杯内“220 V770 W”的电加热器正常工作，使水保持沸腾状态.用电子天平测量水和保温杯的总质量m，同时记录加热时间t，数据如下：
加热时间t/min0123456电子天平示数m/g800780760740720700680(1)求电加热器正常工作时的电流.
(2)求水沸腾时产生每克水蒸气需要消耗的电能.
(3)若保温杯的底面积是200 cm2，请推导出保温杯对电子天平上表面的压强p随时间t变化的关系式.
1说试题立意
近几年厦门市中考物理试题命题总的方向是九个字：“重过程，讲方法，看能力”，而这正是新课改“以学生素质发展为本”理念的体现.本试题作为2013年厦门市中考试卷的压轴题，考查了结合实例理解电功、电功率和压强的知识，特别是第3问要结合数学函数关系求解，体现了“注意学科渗透，关心科技发展”的课改基本理念.
本题涉及的考点在课标条目中属于“问题解决”层次的要求，它考查了学生的综合分析能力、表格分析能力，属于分析、综合的高层次思维，侧重考查学生思维的整体性和创造性.
义务教育阶段物理教育的目的是培养全体学生的科学素养，在物理教学中，知识是载体，方法是手段，物理思想则是科学素养的内涵.在此试题中产生水蒸气的质量这是隐性条件，它不易直接获取，需要通过表格中相关数据比较、转换为显性的条件，且从表格中数字的角度去思考保温杯对电子天平上表面的压强p随时间t变化的关系式，很难把握这种内在联系，往往因此陷入解题困境，不知从何入手，而灵活运用“转换法”，将题目中条件和物理量“数”的转化为数学“形”的信息，便能使所需解决的问题一目了然，从而顺利完成解题.因此，“转换法”物理思想的渗透与应用，使本试题知识转化为能力，培养了学生从表格获取有价值知识、规律的能力，对学生科学素养的培育和积淀有重大功能.
作为中考试卷的压轴题，它的难度是0.3，区分度属于低分档.
2说解题思路
(1)试题显性条件只有保温杯内电加热器的额定电压220 V和额定功率770 W，这两个条件可以直接求出第1问：电加热器正常工作时的电流.此类应当按显性规范答题要求，要有公式
原型P=UI，由此得出I=P/U，代入数据，最后得出I=3.5 A，两个量相除一般写成分数形式，最后结果若不是整数，的好奇心.接着逐步引导学生自己设计并帮助学生完善实验步骤，学
生经历了批判性、缜密性的思维过程，让他们在严谨的探究活动中掌握科学研究的方法.而教
师A更多着眼于结论的得出，忽略了学生思考的过程.
2.3情感、态度与价值观
目前的初中物理教学，主要任务不再是只注重学生学到了哪些知识，还要关注学生是否具有浓厚的学习兴趣以及保持对自然界的好奇心和对科学的求知欲等.教师A的课堂缺乏丰富的情境，从一张城市夜晚的图片引入新课，虽然直接但太过平凡，不能有效激发学生的学习欲望.教师B进行了一个小游戏，以比赛的形式一下子调动起学生的兴趣，让课堂气氛活跃起来，使得接下来的教学能顺利地进行下去.
3引发的思考
3.1什么样的课是“一堂好课”
根据新课程概念的理解，一堂好课应该是一堂有意义的课，一堂以学生为主体的课，一堂有气氛和谐、交流充分的课，一堂有效率的课，一堂有生成性的课，一堂常态下的课，一堂有待完善的课.一堂好课不在于教师的课讲得是否精彩，而在于学生学得是否积极主动，是否调
动了学生的学习积极性.一堂好课它首先应该是一堂“学习课”，而不是单纯的“教学课”.
3.2“一堂好课”的标准是什么
(1)一堂好课，以促进学生的发展为根本宗旨为教学目标
在课堂教学质量评价标准的研究中，大多数人都认识到课堂教学目标的完成在判定课堂教学质量的高低上具有重要作用，但究竟应该确立什么样的目标，仍是值得探讨的问题.以往，人们主要把教学目标定位在对知识特别是教材内容的掌握上，对教材以外的目标考虑较少.当前，在现代教学思想的指导下，课堂教学目标的确立越来越强调要以促进学生的发展为根本宗旨.
(2)一堂好课，要有科学合理的教学内容
教学内容是课堂教学质量的根本保证.教师必须善于驾驭教材，从促进学生发展这一基本目标出发，变教教材为用教材教.教学内容要合理确定重点和难点，精选具有基础性、范例性和综合性的学科知识，让学生掌握扎实的基础知识和学科基本结构.具有挑战性的教学内容，能激发学生的学习兴趣和求知欲望，能引导学生积极思考，能吸引学生主动参与.同时，还要重视教学内容的文化内涵，体现科学性、人文性和社会性的融合.
(3)一堂好课，以学生主动学习为教学策略与方法
现代课堂教学以学生为主体，强调通过学生的主动学习，促进学生的主体性发展.根据人们对学生参与活动探究研究的结果.一般要求学生主动参与的时间为整节课的1/2以上，学生参与程度比较高的课应有2/3以上的学生主动参与时间.有的教师可能认为，学生专心致志地听老师讲课也是在动脑，也是在参与.因此只要老师讲得好，学生一样能学到丰富的知识.一般而言，学生仅听教师讲课.往往是被动参与.它与学生主动参与的学习效果截然不同.因此在课堂教学中，教师应努力为学生提供主动参与的时间和空间，为学生提供自我表现的机会.还学生以学习的主动权.则要用小数表示，结果要带单位.
(2)本题中的信息绝大多数是利用表格提供的，信息内容多，综合性较强，对比明显.如第2问中产生每克水蒸气需要消耗的电能，产生水蒸气的质量和对应的加热时间这两个条件是求解这一问的关键，这些信息隐藏在表格中，需要对比、观察表格，将电子天平示数m的减小转换为产生水蒸气的质量，即每分钟产生水蒸气20 g，这也涉及到了“守恒”思想在其中，对初中生来说具有一定的难度.产生每克水蒸气需要时间t=1/20 min=3 s ，能求解到这，第2问只需应用 W=Pt即能求出.
(3)逆向思维使问题简单化.逆向思维，就是从问题的对立面深入进行探索，树立新思想，创建新方法.学生习惯于沿着事物发展的正方向去思考问题，并寻求解题方法，其实，对于某些物理问题，从结论往回推，倒过来思考，往往会使问题简单化.
本题第3问：推导保温杯对电子天平上表面上的压强p随时间t变化的关系式是本题的难点，乍一看这一设问，大多数学生一定会选择放弃，因为题设中未出现任何p随时间t变化的提示，一部分学生可能会采用演绎法(类似数学中的描点法)去探求出关系式.其实解这一问可以采用逆向思维的方法，巧妙分析简洁解决问题.
压强p：题设中要有两个条件(F和S)才可以算出p，而题设中只有受力面积S一个已知量, 需要想办法求出压力F.↓压力F，水平放置时，F=G=mg↓m正是随着时间而产生变化的，学生可以利用所掌握的数学一次函数知识通过表格去假设出m=800-20t g/min，这一假设正是此问的最大障碍多数学生能写出m=800-20t，但物理毕竟有别于数学，数学上的等式和物理学的上等式的意义不同，在数学上常用来表示两个等价的量，而在物理学上，等式联系的量除了有等价关系外，更多的是表示出它们之间的一种量度关系或相当关系.因此量纲必须考虑进来，有很多考生把这个问题当成纯数学问题求解，完全不理会物理单位而被扣去相应的分值.
本题的参考解法如下：
解(1)由P=UI得
I=PU=770 W220 V=3.5 A.
(2)由表格数据可知，水沸腾时每分钟产生水蒸气20 g，即产生每克水蒸气需要的时间
t=1 g20 g/min=120 min=3 s,
W=Pt=770 W×3 s=2310 J.
(3)由表格数据可知
m=800 g-20t g/min,
p=FS,F=mg,
S=200 cm2=2×10-2 m2,
所以p=mgS=(800-20t/min)×10-3 kg×10 N/kg2×10-2 m2
=400 Pa-10t Pa/min.
3说拓展延伸
纵向拓展(已知条件不变，增加求解内容)：在第2问之后增加一个问题，即：
(2)求水沸腾时产生每克水蒸气需要消耗的电能.科学家经过精确计算，测得产生每克水蒸气需要吸热2257.2 J，请你对比算出的消耗电能，若有一定的差异，说说产生差异的原因.
拓展目的：在学生求出消耗电能的基础上，结合热损失知识去拓展学生的思维，也有助于学生在情感态度和价值观方面提高节能意识.
横向拓展(已知条件改变，求解内容改变)：第3问这样设计，即：
(3)由表格数据中可知m=800-20t g/min，保温杯底面积是200 cm2，请算出当加热时间为10min时保温杯对电子天平上表面的压强，并在p-t图表示出来.
拓展目的：一些铺垫式的变式会降低试题的难度，从易到难，学生只需应用F=G=mg，p=F/S即能得出关系式，此类的变式在平时复习中能帮助学生更快理清思路.
结合两个拓展，本题改造如下：
某课外活动小组要探究“水沸腾时，产生水蒸气的质量与吸收的热量的关系”.由于水蒸气的质量不易测量，他们用图1所示的装置进行实验.接通电源后，保温杯内“220 V770 W”的电加热器正常工作，使水保持沸腾状态.用电子天平测量水和保温杯的总质量m，同时记录加热时间t，数据如下：
加热时间t/min0123456电子天平示数m/g800780760740720700680(1)求电加热器正常工作时的电流.
(2)求水沸腾时产生每克水蒸气需要消耗的电能.科学家经过精确计算，测得产生每克水蒸气需要吸热2257.2 J，请你对比算出的消耗电能，若有一定的差异，说说产生差异的原因.
(3)由表格数据中可知m=800-20t g/min，保温杯底面积是200 cm2，请算出当加热时间为10 min时保温杯对电子天平上表面的压强，并在p-t图表示出来.
通过上述拓展延伸，此类物理计算综合题不是变得让人望而却步，它的解答也是有规律可寻的.
此类题的第一问通常都是设置一些显性条件充足的设问，只要能找出物理量和对应的公式，并进行单位的换算再进行计算，计算过程中注意每个数据都要带单位，若两个量相除一般写成分数形式，最后结果若不是整数，则要用小数表示，结果要带单位.
第二问、第三问的难度就比第一问逐渐增大，很多条件都是隐性的，已知量可能只有一个甚至只能通过图表去转化，物理图表使物理规律形象化、直观化，它所含的物理信息需要深入理解和挖掘，这也是学生学习的难点之一.中考中常出现与物体运动、物态变化、压强和浮力变化及电学方面相交叉的图表，对图表的观察可以从下面几个方面入手：(1)是什么图像？(2)反映什么样的物理意义？(3)从图表中可以直接得到的物理量是什么？(4)从图表中间接获得的物理量是什么？(5)图表描述什么物理过程？可以获取哪些信息？
有时在解物理题时还必须依靠学过的数学知识，比如，比值法、对称法、一次函数法等数学工具.因此这类型的试题，应当重视物理背景的分析，将语言和图表等条件的转化为物理量间的关系，这犹如给学生搭好脚手架一样，找出了物理量间的关系，结合数学归纳法和数理演绎法等思维方法，学生解题就水到渠成了.
4说反思感悟
华东师大许纪霖教授说得好：“我改变不了这个世界，但我可以改变我的课堂.”2013年厦门市中考这道压轴题或者和此题相类似的题若放到我现在任教教的班级来评讲，学生的最近发展区只停留在对一些常用公式的识记上，面对老师的讲解，他们总是茫然地听、机械地记、被动的接受，如果老师再强调习题的理念性、系统性和结构完整性，学生还是“只见树木、不见森林”，那只会“累死先生、忙坏学生、考倒名声”，这也和“以学生为主体”的理念背道而驰.。