陶昌宏
(北京教科院基教研中心物理室 北京 100045)
2011年高考是北京市實(shí)施高中新課程以后第二次高考.此次高考的物理試卷是一份教考和諧、導(dǎo)向正確、內(nèi)涵豐富、品位高雅、信效俱佳的試卷,再一次有力地體現(xiàn)北京市教委提出的穩(wěn)定、優(yōu)化和特色發(fā)展的課改理念.物理試卷有利于高校選拔合格新生,有利于中學(xué)物理學(xué)科實(shí)施素質(zhì)教育,有北京特色.
試卷物理學(xué)事實(shí)清楚,內(nèi)涵豐富,邏輯嚴(yán)謹(jǐn),方法講究,聯(lián)系實(shí)際,高度自恰.通過(guò)本次物理試題的考試,會(huì)讓學(xué)生感到,學(xué)物理真好!
通過(guò)本次物理試題的展示,會(huì)讓教師感到,教物理真好!物理學(xué)大氣、基礎(chǔ)、普適、實(shí)用、親切、簡(jiǎn)捷.
通過(guò)本次物理試題的考試,會(huì)讓學(xué)生感到,學(xué)物理不僅僅是做題,不僅僅是背公式,不僅僅是看實(shí)驗(yàn).而是要懂得物理學(xué)的內(nèi)涵,要講究研究方法,要進(jìn)行探索性實(shí)踐.
通過(guò)本次物理試題的展示,會(huì)讓教師感到,教物理不僅僅是教物理概念和規(guī)律,不僅僅是教學(xué)生做題,不僅僅是讓學(xué)生看實(shí)驗(yàn).而是要讓學(xué)生看見(jiàn)物理情景,要讓學(xué)生親手實(shí)驗(yàn),要讓學(xué)生進(jìn)行獨(dú)立的思考,要讓學(xué)生進(jìn)行研究.讓學(xué)生真懂物理,真信物理,真用物理,真愛(ài)物理!
本次高考物理試卷具有以下鮮明的特點(diǎn)
整份物理試卷,從結(jié)構(gòu)、題型、難易等方面仍然沒(méi)有發(fā)生突變,這對(duì)中學(xué)物理教師、學(xué)生、學(xué)生家長(zhǎng)來(lái)說(shuō)都是很高興看到的情況.
試題在穩(wěn)定的基礎(chǔ)上,發(fā)生了一些變,這些變化使整個(gè)試卷變得更加平和,更有內(nèi)涵,更有品位.
更加平和主要是指:試題敘述清晰明了,親切、自然,大部分試題的問(wèn)題情景是同學(xué)們?cè)谄綍r(shí)學(xué)習(xí)中,或能夠看得到,或能夠接觸到、或能夠想得到.沒(méi)有牽強(qiáng)附會(huì),沒(méi)有磨唧冗長(zhǎng),沒(méi)有不明不白.
更有內(nèi)涵主要是指:每個(gè)試題的問(wèn)題情景都源于物理問(wèn)題,每個(gè)試題都有很好的思考價(jià)值,每個(gè)試題的解決都講究其方法,每個(gè)試題的判斷都需要有科學(xué)合理的知識(shí)背景,每個(gè)試題的考點(diǎn)幾乎都涉及高中物理課程中的基本問(wèn)題.
沒(méi)有僅憑記憶就能解決的問(wèn)題,沒(méi)有條件反射式就能解決的問(wèn)題,沒(méi)有機(jī)械的簡(jiǎn)單思考就能解決的問(wèn)題.
更有品位主要是指:每個(gè)試題,都很正面、很明確、很大氣地提出需要考生解決的問(wèn)題,而絕大多數(shù)的問(wèn)題來(lái)自課程標(biāo)準(zhǔn),來(lái)自教學(xué)內(nèi)容,來(lái)自學(xué)生熟悉的情景,來(lái)自學(xué)生熟悉的生活背景.這些問(wèn)題為全體考生搭建了一個(gè)共同的思維平臺(tái).在這個(gè)平臺(tái)上,學(xué)生發(fā)揮自己的聰明才智,展示自己的思維過(guò)程,挖掘自己的學(xué)習(xí)潛能.如果哪個(gè)題目做不出,做不完,做不對(duì),則由于自己的能力所不及,而不是題目過(guò)偏、過(guò)難,題目有歧義,也不是由于一點(diǎn)點(diǎn)的不小心,就陷入了萬(wàn)丈深淵,也不是由于臨場(chǎng)發(fā)揮不好所至.
它的品位還在于每個(gè)試題不是用一些出題技巧,不是用雕蟲(chóng)小技,在題目中故意挖一些陷阱,使一批批學(xué)生步入歧途(即:使一些有能力的學(xué)生,還沒(méi)上山呢,就先讓他崴腳.),從而達(dá)到高考區(qū)分度的目標(biāo).
【例1】(2011年高考選擇第20題)物理關(guān)系式不僅反映了物理量之間的關(guān)系,也確定了單位間的關(guān)系.如關(guān)系式U=IR既反映了電壓、電流和電阻之間的關(guān)系,也確定了V(伏)與A(安)和Ψ(歐)的乘積等效.現(xiàn)有物理量單位:m(米)、s(秒)、N(牛)、J(焦)、W(瓦)、C(庫(kù))、F(法)、A(安)、Ψ(歐)和T(特),由它們組合成的單位都與電壓?jiǎn)挝籚(伏)等效的是
答案為選項(xiàng)B.
乍看此題,表面上好像僅僅是考查單位的問(wèn)題;但細(xì)細(xì)品味,要解決這個(gè)問(wèn)題,要求學(xué)生要掌握物理量的定義方法,掌握物理量的定義式,掌握物理量的決定式,掌握多個(gè)物理量之間的區(qū)別與聯(lián)系,掌握基本單位、導(dǎo)出單位、復(fù)合單位.要求學(xué)生從單位要想到物理量,從物理量要想到該物理量的定義,要想到與定義對(duì)應(yīng)的單位等一系列內(nèi)容.
因此,本題從一個(gè)新的視角,靈活地考查了學(xué)生的理解能力、推理能力、應(yīng)用能力,同時(shí)也有考查探究性能力的意思.
【例2】(2011年高考選擇第19題)某同學(xué)為了驗(yàn)證斷電自感現(xiàn)象,自己找來(lái)帶鐵心的線圈L、小燈泡A、開(kāi)關(guān)S和電池組E,用導(dǎo)線將它們連接成如圖所示的電路,如圖1所示.檢查電路后,閉合開(kāi)關(guān)S,小燈泡發(fā)光;再斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S,小燈泡僅有不顯著的延時(shí)熄滅現(xiàn)象.雖經(jīng)多次重復(fù),仍未見(jiàn)老師演示時(shí)出現(xiàn)的小燈泡閃亮現(xiàn)象,他冥思苦想找不出原因.你認(rèn)為最有可能造成小燈泡末閃亮的原因是
A.電源的內(nèi)阻較大
B.小燈泡電阻偏大
C.線圈電阻偏大
D.線圈的自感系數(shù)較大
圖1
答案為選項(xiàng)C.
此題源于教材,源于教材上一個(gè)典型的演示實(shí)驗(yàn).就北京市的學(xué)生而言,這個(gè)演示實(shí)驗(yàn)都會(huì)見(jiàn)過(guò).實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象都能清晰可見(jiàn).試題在學(xué)生看到過(guò)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的基礎(chǔ)上,創(chuàng)設(shè)一種新的情境,即實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象發(fā)生變化.這種變化,情理之中;這種變化,內(nèi)涵豐富;這種變化容易使人進(jìn)行深入思考;這種變化會(huì)使教師受到觸動(dòng).此題的敘述自然,平和,親切,沒(méi)有泰山壓頂之勢(shì),沒(méi)有咄咄逼人之感.
此題靈活地考查學(xué)生的理解能力、推理能力、實(shí)驗(yàn)?zāi)芰蛻?yīng)用能力,也在考查學(xué)生的探究能力.
2011年北京市實(shí)施新課程高考物理試題在注重基礎(chǔ)的同時(shí),突出考查能力.如試題中的第18題、19題、20題、21題中的第(2)問(wèn)、第23題中的第(3)問(wèn)、24題等.這些題,用不同的情景,不同的問(wèn)題,不同的知識(shí),不同的方法考查學(xué)生的理解能力、推理能力、實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α?yīng)用能力和探究能力.使不同的學(xué)生都能發(fā)揮自己的智力潛能,展示自己的聰明才智.同時(shí)能夠很好的保證試卷的區(qū)分度,有利于高校選拔合格新生.
【例3】(2011年高考選擇第 18題)“蹦極”就是跳躍者把一端固定的長(zhǎng)彈性繩綁在踝關(guān)節(jié)等處,從幾十米高處跳下的一種極限運(yùn)動(dòng).某人做蹦極運(yùn)動(dòng),所受繩子拉力F的大小隨時(shí)間t變化的情況如圖2所示.將蹦極過(guò)程近似為在豎直方向的運(yùn)動(dòng),重力加速度為g.據(jù)圖可知,此人在蹦極過(guò)程中最大加速度約為
A.g B.2g C.3g D.4g
圖2
答案為選項(xiàng)B.
這是一道聯(lián)系實(shí)際的題目.此題的一個(gè)亮點(diǎn),同時(shí)也是難點(diǎn),是將彈性繩上的彈力以圖像方式給出,從這個(gè)圖像中,學(xué)生不但要能夠看出最小彈力,最大彈力,最為重要的是要能夠看出彈性繩中的彈力趨于恒定時(shí)此恒力的大小,而這個(gè)恒力的大小剛好等于蹦極者的重力.從圖像中可以得出,此恒力的大小為0,這是一個(gè)非常重要的條件.有了這個(gè)條件此題比較容易做出了.
本題綜合地考查學(xué)生的理解能力、推理能力,應(yīng)用能力.
【例4】(2011年高考選擇第14題)如圖3(a)所示的雙縫干涉實(shí)驗(yàn),用綠光照射單縫S時(shí),在光屏P上觀察到干涉條紋.要得到相鄰條紋間距更大的干涉圖樣,可以
A.增大 S1與S2的間距
B.減小雙縫屏到光屏的距離
C.將綠光換為紅光
D.將綠光換為紫光
圖3
答案為選項(xiàng)C.
本題考查學(xué)生對(duì)雙縫干涉實(shí)驗(yàn)的基本認(rèn)識(shí),其中考查學(xué)生對(duì)干涉條紋間隔與縫間距、縫到屏的距離及波長(zhǎng)之間的關(guān)系.如果學(xué)生熟記公式.此題很快做出正確判斷.如果學(xué)生經(jīng)一段時(shí)間將此公式忘了,或考生在極其緊張的情況下,對(duì)記憶的公式缺乏自信了,這都是情理之中的事情.學(xué)習(xí)過(guò)程有些公式可以遺忘,允許遺忘,但是學(xué)習(xí)物理課程之后的那種追根溯源的能力,隨著時(shí)間的推移應(yīng)該是提高的.此題好就好在,不怕學(xué)生出現(xiàn)對(duì)上述公式的遺忘,因?yàn)橹灰镜膶?shí)驗(yàn)背景、基本的實(shí)驗(yàn)理論在胸,是能夠在很短的時(shí)間內(nèi)將基本關(guān)系確定的.
基本的實(shí)驗(yàn)理論,即兩個(gè)縫光源到屏的距離之差為整數(shù)位波長(zhǎng)時(shí),振動(dòng)加強(qiáng),屏上呈現(xiàn)亮條紋.
基本的近似處理,即在小角度的情況下,角度的正弦值與正切值近似相等.
如圖3(b)所示,設(shè)光屏上的P為第一級(jí)亮條紋所在位置.由幾何關(guān)系可以確定兩個(gè)縫隙光源到P的路程差,圖3(b)中S1Pa構(gòu)成等腰三角形,所以兩個(gè)縫光源到P點(diǎn)的路程差為S2 a.實(shí)驗(yàn)中兩縫間的距離比縫到屏之間的距離小得多.所以三角形S1aS2可視為直角三角形.路程差 δ=d sinθ.
根據(jù)實(shí)驗(yàn)理論 δ=d sinθ=1λ
圖3(b)中 O′P=L tanθ O′P=Δx
通過(guò)對(duì)本題的分析,可以感到,看似簡(jiǎn)單的問(wèn)題,它同樣為考生搭建了一個(gè)思考的平臺(tái),展示學(xué)習(xí)水平、學(xué)習(xí)能力的平臺(tái).
2011年的物理試題,還有一個(gè)特別突出的亮點(diǎn),即情景新穎,情景獨(dú)特.由于試題創(chuàng)設(shè)的問(wèn)題情境很新穎,很獨(dú)特;因此很好地考查了學(xué)生的應(yīng)用能力和探究能力.
試題在呈現(xiàn)基本問(wèn)題的基礎(chǔ)上發(fā)生變化,變得很巧妙、很得體、很有內(nèi)涵.如果由于新的變化使一些學(xué)生做不出來(lái)、做不全、做不對(duì),筆者認(rèn)為這些學(xué)生也會(huì)心服口服,因?yàn)檫@種變化不是略施小計(jì).面對(duì)變化,需要一種新的建構(gòu),這種新的建構(gòu)需要積累,需要能力,需要智慧.
試卷中的第19題、第21題中的(5)、23題中的(3)、24題等均稱得上情景新穎,情景獨(dú)特.
【例5】(2011年高考第23題)利用電場(chǎng)和磁場(chǎng),可以將比荷不同的離子分開(kāi),這種方法在化學(xué)分析和原子核技術(shù)等領(lǐng)域有重要的應(yīng)用.
如圖4所示的矩形區(qū)域ACDG(AC邊足夠長(zhǎng))中存在垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場(chǎng),A處有一狹縫.離子源產(chǎn)生的離子,經(jīng)靜電場(chǎng)加速后穿過(guò)狹縫沿垂直于GA邊且垂直于磁場(chǎng)的方向射入磁場(chǎng),運(yùn)動(dòng)到GA邊,被相應(yīng)的收集器收集.整個(gè)裝置內(nèi)部為真空.
圖4
已知被加速的兩種正離子的質(zhì)量分別是m1和m2(m1>m2),電荷量均為q.加速電場(chǎng)的電勢(shì)差為U,離子進(jìn)入電場(chǎng)時(shí)的初速度可以忽略.不計(jì)重力,也不考慮離子間的相互作用.
(1)求質(zhì)量為m1的離子進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的速率v1;
(2)當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為B時(shí),求兩種離子在GA邊落點(diǎn)的間距s;
(3)在前面的討論中忽略了狹縫寬度的影響,實(shí)際裝置中狹縫具有一定寬度.若狹縫過(guò)寬,可能使兩束離子在GA邊上的落點(diǎn)區(qū)域交疊,導(dǎo)致兩種離子無(wú)法完全分離.
設(shè)磁感應(yīng)強(qiáng)度大小可調(diào),GA邊長(zhǎng)為定值L,狹縫寬度為d,狹縫右邊緣在A處.離子可以從狹縫各處射入磁場(chǎng),入射方向仍垂直于GA邊且垂直于磁場(chǎng).為保證上述兩種離子能落在GA邊上并被完全分離,求狹縫的最大寬度.
例5中的第(1)、(2)問(wèn),屬于帶電粒子在電場(chǎng)中加速,磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)的基本問(wèn)題.這種情景同學(xué)們比較熟悉.相信會(huì)有不少的考生能夠比較順利地做出這兩問(wèn);第(3)問(wèn),情景發(fā)生變化,如:“在前面的討論中忽略了狹縫寬度的影響,實(shí)際裝置中狹縫具有一定寬度.若狹縫過(guò)寬,可能使兩束離子在GA邊上的落點(diǎn)區(qū)域交疊,導(dǎo)致兩種離子無(wú)法完全分離.”
這種變化很實(shí)在,也很新穎,有物理韻味.狹縫具有一定的寬度后,使粒子全部落在GA邊上,并把粒子全部分離.這種變化需要考生進(jìn)行理性思考,需要建構(gòu)一種新的情境.即將狹縫變得有一定的寬度后,將兩種速度不同的粒子出現(xiàn)在磁場(chǎng)中時(shí)的位置進(jìn)行重新排列,使之符合題目條件要求,再使所有粒子全部落在GA邊上.這種新情境的建構(gòu)需要知識(shí),需要方法.