1 引言
2 试题回放
[2022年河北省高考物理第11题] 某实验小组利用铁架台、弹簧、钩码、打点计时器、刻度尺等器材验证系统机械能守恒定律，实验装置如图1所示。弹簧的劲度系数为k，原长为L0，钩码的质量为m。已知弹簧的弹性势能表达式为0.5kx^2 ，其中k为弹簧的劲度系数，x为弹簧的形变量，当地的重力加速度大小为g。
1）在弹性限度内将钩码缓慢下拉至某一位置，测得此时弹簧的长度为L。接通打点计时器电源。从静止释放钩码，弹簧收缩，得到了一条点迹清晰的纸带。钩码加速上升阶段的部分纸带如图2所示，纸带上相邻两点之间的时间间隔均为T（在误差允许范围内，认为释放钩码的同时打出A点）。从打出A点到打出F点时间内，弹簧的弹性势能减少量为______，钩码的动能增加量为______，钩码的重力势能增加量为______。
2）利用计算机软件对实验数据进行处理，得到弹簧弹性势能减少量、钩码的机械能增加量分别与钩码上升高度h的关系，如图3所示。由图3可知，随着h增加，两条曲线在纵向的间隔逐渐变大，主要原因是______。
参考答案：略
3 对试题插图中能量变化曲线形状的证伪
其实，这个题做定量实验探究不太容易，比较合适的方法是先拍摄出弹簧振子上下振动的画面，再用Tracker实验视频分析软件分析振子上升过程中的弹性势能、和小球机械能变化规律。
但是对于考证试题中的能量曲线形状这个问题而言，可以从理论和仿真两个角度分别予以证实或证伪。
3.1 理论分析
考虑到试题中的能量曲线的横轴是钩码上升的高度，纵轴是弹簧弹性势能的减少量和钩码机械能增加量，易知弹簧弹性势能减少量与钩码上升高度应为二次函数关系，其曲线形状应该为开口向下的抛物线的一部分。
另外，考察弹簧弹性势能减少量与钩码上升高度关系图像的斜率可知，其斜率应该是弹簧弹力；由于试题强调的是加速上升阶段，钩码在加速上升阶段弹簧弹力是逐渐减小的，因此弹簧弹性势能减少量与钩码上升高度关系图像的斜率应该是逐渐减小的。
故，试题插图中的函数曲线形状与事实不相符。
3.2 基于Working Model的证伪
在Working Model中构建一个竖直弹簧振子，设置弹簧的劲度系数为k=5N/m，原长L0=3m，现长L=7m，小球的质量m=1kg，重力加速度g=10m/s^2。
由参数设置可知，钩码的平衡位置应该在坐标原点上方2米的地方，现在它处于坐标原点，如果从该位置无初速释放，不考虑空气阻力，钩码将在0~4米的范围内往复振动，其中0~2米是加速，2~4米是减速。
图4 实验仿真
设置程序暂停条件为钩码的竖直位移大于2米，然后运行程序，即可得到弹簧弹性势能减少量、钩码机械能增加量与钩码上升高度的函数关系图像。
观察输出的函数图像可以发现，这是开口向下的抛物线的一部分。
故，试题插图中的函数曲线形状与事实不相符。
3.3 基于Working Model的探究
笔者坚信，2022年河北高考物理命题组一定是做了这个实验的，但是这幅违背事实的插图是如何得到的呢？笔者坚信这幅插图必然事出有因。
为此，笔者尝试着绘制了弹簧弹性势能减少量、钩码机械能增加量与钩码运动时间的函数关系图像，果然有所发现。
图5 实验仿真
比较图3和图5可以发现，两者十分吻合。
由此可得，试题插图中的弹簧弹性势能减少量、钩码机械能增加量与钩码上升高度的函数关系图像其实是弹簧弹性势能减少量、钩码机械能增加量与钩码运动时间的函数关系图像。
原来如此。
4 结论
2022年河北省高考物理卷第11题中弹簧弹性势能减少量、钩码机械能增加量与钩码上升高度的函数关系图像，其实是弹簧弹性势能减少量、钩码机械能增加量与钩码运动时间的函数关系图像。
5 启示
高考物理命题必须基于真实的物理情景，物理实验命题尤其是。尽管弹簧弹性势能减少量、钩码机械能增加量与钩码上升高度的函数关系图像的斜率变化不是试题考察的内容，但是这种与实际不相符的插图出现在高考题中，会削弱高考题的严肃性和权威性。
笔者的中原名师培育项目学术导师、全国高考命题评价专家、南京师范大学陆建隆教授曾经指出，高考命题必须基于真实的物理情景，物理实验命题更是必须在真实实验的基础上进行简化或优化，并建议自主命题的省市应建立高考命题实验室，方便命题人有条件保证实验命题的质量。
由此来看，任重道远……
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