從高考命題對(duì)物理學(xué)科素養(yǎng)考查中得到的啟示

陳智昌

縱觀每年的高考物理試題，雖然不同時(shí)空有所差異，但共同的特點(diǎn)都是要求考生理解物理概念、掌握物理規(guī)律、物理知識(shí)及科學(xué)方法在生活中的物理事件乃至在高科技中的應(yīng)用?？辞甯呖济}對(duì)考生物理學(xué)科素養(yǎng)的考查，有助于提高高考備考復(fù)習(xí)效率，做到事半功倍。

一、理科綜合物理試題中重視物理觀念的形成和應(yīng)用科學(xué)思維解決生活中的實(shí)際問題

物理學(xué)科核心素養(yǎng)的首要要求是生活中必須要有物理觀念。這決定了物理知識(shí)在生活中的應(yīng)用是歷年高考的重點(diǎn)，這些應(yīng)用同時(shí)要求學(xué)生具有一定的科學(xué)思維，能準(zhǔn)確構(gòu)建物理模型，將實(shí)際問題模型化，對(duì)學(xué)生的這種抽象思維能力要求較高，這類試題能將死讀書、讀死書和會(huì)讀書的學(xué)生很好的區(qū)分開來。

1.形成準(zhǔn)確的物理觀念，科學(xué)利用信息解答物理問題，考查知識(shí)遷移的能力

【例1】如圖所示的為節(jié)日里懸掛燈籠的一種方式，A、B點(diǎn)等高，O為結(jié)點(diǎn)，輕繩AO、BO長(zhǎng)度相等，拉力分別為FA、FB，燈籠受到的重力為G.下列表述正確的是（本題只有一個(gè)選項(xiàng)正確）

A.FA一定小于G

B.FA與FB大小相等

C.FA與FB是一對(duì)平衡力

D.FA與FB大小之和等于G

【解析】節(jié)點(diǎn)O受到三個(gè)力的作用，且處于受力平衡的狀態(tài)，由于輕繩AO、BO長(zhǎng)度相等，A、B兩點(diǎn)等高，因此，輕繩AO、BO與水平方向間的夾角相等，根據(jù)對(duì)稱性，輕繩AO、BO的拉力FA、FB的大小相等，選項(xiàng)A正確。

【點(diǎn)評(píng)】在我國(guó)節(jié)日里懸掛燈籠是非常常見的現(xiàn)象，將力的平衡條件用于解答該問題是典型的物理知識(shí)在實(shí)際問題中的應(yīng)用，此題難度不是很大，但要判斷拉力FA與籠受到的重力G的大小關(guān)系，必須知道輕繩與豎直方向的夾角，題設(shè)中沒有提供這個(gè)角度，因此，無法確定這兩個(gè)力的大小關(guān)系。該題很好地考查了學(xué)生應(yīng)用物理觀念——運(yùn)動(dòng)觀、相互作用觀來分析解決實(shí)際問題的能力，是一道富有創(chuàng)意但難度不大的應(yīng)用題。

2.巧用科學(xué)思維，將實(shí)際問題抽象為物理模型，考查物理知識(shí)綜合運(yùn)用的能力

【例2】如圖所示，某種自動(dòng)洗衣機(jī)進(jìn)水時(shí)，與洗衣缸相連的細(xì)管中會(huì)封閉一定質(zhì)量的空氣，通過壓力傳感器感知管中的空氣壓力，從而控制進(jìn)水量。設(shè)溫度不變，洗衣缸內(nèi)水位升高，則細(xì)管中被封閉的空氣（本題只有一個(gè)選項(xiàng)正確）

A.體積不變，壓強(qiáng)變小

B.體積變小，壓強(qiáng)變大

C.體積不變，壓強(qiáng)變大

D.體積變小，壓強(qiáng)變小

【解析】可以研究與洗衣缸相連的細(xì)管中會(huì)封閉的一定質(zhì)量空氣，根據(jù)玻意耳-馬略特定律的等溫變化的特征，當(dāng)溫度不變時(shí)，若洗衣缸內(nèi)水位升高，則被封閉在細(xì)管中的空氣體積變小，空氣壓強(qiáng)變大，選項(xiàng)B正確。

【點(diǎn)評(píng)】自動(dòng)洗衣機(jī)是一個(gè)比較常見的家用電器，其每個(gè)單元的工作原理可能不一定清楚，但“通過壓力傳感器感知管中的空氣壓力，從而控制進(jìn)水量”這個(gè)觀點(diǎn)，可以確定壓力傳感器的基本功能，從而進(jìn)一步可以確定當(dāng)洗衣缸內(nèi)水位升高時(shí)，細(xì)管中被封閉的空氣的體積變化情況。利用氣體作等溫變化的特征，可以判斷氣體的壓強(qiáng)變化。本題既對(duì)學(xué)生的熱學(xué)知識(shí)的綜合能力有較高要求，也重點(diǎn)考查學(xué)生掌握模型構(gòu)建及科學(xué)推理的能力，是一道比較實(shí)用的創(chuàng)新題。

二、理科綜合物理試題中巧妙設(shè)置物理實(shí)驗(yàn)應(yīng)用題，重在考查實(shí)驗(yàn)探究能力

物理學(xué)科要培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究的素養(yǎng)。高考中物理實(shí)驗(yàn)部分的設(shè)計(jì)是對(duì)這一素養(yǎng)的最好考查。同時(shí)也體現(xiàn)了物理是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科特色，在物理實(shí)驗(yàn)的高考命題上必定會(huì)以實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理、器材、方法步驟、數(shù)據(jù)記錄及分析、實(shí)驗(yàn)結(jié)論、誤差分析及改進(jìn)措施等要素的考查來呈現(xiàn)。

【例3】

（1）如圖所示的是某同學(xué)在做勻變速直線運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)中獲得的一條紙帶。

①已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源頻率為50Hz，則紙帶上打相鄰兩點(diǎn)的時(shí)間間隔為_______；

②ABCD是紙帶上四個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，每?jī)蓚€(gè)相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間有四個(gè)點(diǎn)沒有畫出。從圖中讀出A、B兩點(diǎn)間距s=____________；C點(diǎn)對(duì)應(yīng)的速度是_________（計(jì)算結(jié)果保留三位有效數(shù)字）。

（2）某同學(xué)利用電壓表和電阻箱測(cè)定干電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻，使用的器材還包括定值電阻（R0=5Ω）一個(gè)，開關(guān)兩個(gè)，導(dǎo)線若干，實(shí)驗(yàn)原理圖如圖（a）所示。

①在圖（b）的實(shí)物圖中，已正確連接了部分電路，請(qǐng)完成余下電路的連接；

②請(qǐng)完成下列主要實(shí)驗(yàn)步驟；

A.檢查并調(diào)節(jié)電壓表指針指零；調(diào)節(jié)電阻箱，示數(shù)如圖（c）所示，讀得電阻值是__________；

B.將開關(guān)s1閉合，開關(guān)s2斷開，電壓表的示數(shù)是1.49V；

C.將開關(guān)s2__________，電壓表的示數(shù)是1.16V；斷開開關(guān)s1。

③使用測(cè)得的數(shù)據(jù)，計(jì)算出干電池的內(nèi)阻是________（計(jì)算結(jié)果保留二位有效數(shù)字）；

④由于所用電壓表不是理想電壓表，所以測(cè)得的電動(dòng)勢(shì)比實(shí)際值偏____（填“大”或“小”）。

【解析】

（2）①電路連接如下圖所示；

②A.根據(jù)電阻箱可以直接讀出R=20Ω，C.閉合；

【點(diǎn)評(píng)】

（1）在進(jìn)行毫米刻度尺的度數(shù)時(shí)，要注意尺的最小刻度為1mm，因此，A、B兩點(diǎn)距離的讀數(shù)結(jié)果必須要估讀一位，其結(jié)果為s=0.70cm；在進(jìn)行C點(diǎn)速度的計(jì)算時(shí)，題目要求保留三位有效數(shù)字，因此，

（2）③由題設(shè)知，將開關(guān)s1閉合，開關(guān)s2斷開時(shí)，電路沒有接通，因此，電壓表的示數(shù)是1.49V（電動(dòng)勢(shì)的測(cè)量值），可以認(rèn)為是電源的開路電壓，因此，E=1.49V，根據(jù)閉合電路歐姆定律可得1.16V=，得到r=0.69Ω（結(jié)果要保留兩位有效數(shù)字）；

④若所用電壓表不是理想電壓表，則要考慮電壓表內(nèi)阻的影響，即電壓表的示數(shù)1.49V不是電源的電動(dòng)勢(shì)，而是路端電壓，由1.49V=，得到，可見，所測(cè)電動(dòng)勢(shì)比實(shí)際值偏小。

在實(shí)驗(yàn)的設(shè)置上，每年的高考物理題中都有一些大膽的嘗試，取得了不錯(cuò)的效果，但總的來說，難度偏大，學(xué)生做實(shí)驗(yàn)題時(shí)有如履薄冰、如臨深淵的感覺。這是一道既能考查實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α⒃O(shè)置又比較巧妙的物理實(shí)驗(yàn)應(yīng)用題。因此，考生必須具有扎實(shí)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)知識(shí)及科學(xué)的實(shí)驗(yàn)探究思維才能完成。

三、理科綜合物理試題中體現(xiàn)學(xué)科綜合素養(yǎng)的高低

高考應(yīng)具有很強(qiáng)的選拔功能，因此，高考試題中出現(xiàn)一些能力要求高的物理試題是正常的，這種試題應(yīng)有很高的區(qū)分度，能將學(xué)科綜合能力強(qiáng)和學(xué)科素養(yǎng)高的學(xué)生選拔出來。而將時(shí)間和空間進(jìn)行轉(zhuǎn)換并結(jié)合其它物理原理將具體的物理問題解答出來的命題思路足以體現(xiàn)這一選拔功能。

【例4】如圖（a）所示，左為某同學(xué)設(shè)想的粒子速度選擇裝置，由水平轉(zhuǎn)軸及兩個(gè)薄盤N1、N2構(gòu)成，兩盤面平行且與轉(zhuǎn)軸垂直，相距為L(zhǎng)，盤上各開一狹縫，兩狹縫夾角θ可調(diào)（如圖（b）所示）；右為水平放置的長(zhǎng)為d的感光板，板的正上方有一勻強(qiáng)磁場(chǎng)，方向垂直紙面向外，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。一小束速度不同、帶正電的粒子沿水平方向射入N1，能通過N2的粒子經(jīng)O點(diǎn)垂直進(jìn)入磁場(chǎng)。O到感光板的距離為，粒子電荷量為q，質(zhì)量為m，不計(jì)重力。

（1）若兩狹縫平行且盤靜止（如圖（c）所示），某一粒子進(jìn)入磁場(chǎng)后，豎值向下打在感光板中心點(diǎn)M上，求該粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t；

（2）若兩狹縫夾角為θ0，盤勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)方向如圖（b）所示。要使穿過N1、N2的粒子均打到感光板P1P2連線上，試分析盤轉(zhuǎn)動(dòng)角速度ω的取值范圍（設(shè)通過N1的所有粒子在盤轉(zhuǎn)一圈的時(shí)間內(nèi)都能到達(dá)N2）。

【解析】（1）根據(jù)該帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)情形，可以直接判斷該粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)的軌跡應(yīng)為圓周，由向心力公式知，得到

（2）（一）先討論粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)

由題設(shè)可知，從O點(diǎn)進(jìn)入到磁場(chǎng)中的粒子要打到感光板P1P2連線上，其速度的大小必須滿足一定的條件，設(shè)能打到感光板的最小速度為v1，最大速度為v2，則最小速度的粒子應(yīng)擊中P1，最大速度的粒子應(yīng)擊中P2

①由圖1可知，根據(jù)幾何關(guān)系，擊中P1的粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的半徑為

（二）再討論粒子在N1、N2間的運(yùn)動(dòng)

能穿過N1、N2的粒子，必須滿足的條件是

①當(dāng)粒子以最小速度v1進(jìn)入N1后，只有當(dāng)盤轉(zhuǎn)動(dòng)角速度ω滿足，粒子才能穿過N2而進(jìn)入到磁場(chǎng)中

②當(dāng)粒子以最大速度v2進(jìn)入N1后，只有當(dāng)盤轉(zhuǎn)動(dòng)角速度ω滿足，粒子才能穿過N2而進(jìn)入到磁場(chǎng)中

綜合以上討論可知，要使穿過N1、N2的粒子均打到感光板P1P2連線上，盤轉(zhuǎn)動(dòng)角速度ω的取值范圍是

【點(diǎn)評(píng)】

（1）討論粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)，實(shí)際上是研究粒子在空間中的運(yùn)動(dòng)。要使粒子能擊中感光板，并打在感光板的連線P1P2上，可以根據(jù)空間尺寸的大小推出粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的最小速度和最大速度，從而確定粒子的速度范圍；

（2）討論粒子在N1、N2間的運(yùn)動(dòng)，實(shí)際上是研究粒子在相同的空間中具有不同運(yùn)動(dòng)時(shí)間的運(yùn)動(dòng)。

進(jìn)入到N1、N2間的粒子能夠穿過薄盤N2而進(jìn)入到磁場(chǎng)中的粒子，可以根據(jù)其入射的速度大小確定它在該空間的運(yùn)動(dòng)時(shí)間，從而確定薄盤轉(zhuǎn)動(dòng)角速度ω的取值范圍；

（3）粒子在不同時(shí)間和不同空間的運(yùn)動(dòng)還滿足一定的內(nèi)在聯(lián)系，當(dāng)以最小速度入射的粒子最終能擊中的位置只能是P1，而該粒子在N1、N2間的運(yùn)動(dòng)時(shí)間最長(zhǎng)；當(dāng)以最大速度入射的粒子最終能擊中的位置只能是P2，而該粒子在N1、N2間的運(yùn)動(dòng)時(shí)間最短。這種時(shí)間和空間的相互制約決定了粒子的實(shí)際運(yùn)動(dòng)。

（4）本題主要考查學(xué)生綜合運(yùn)用物理知識(shí)的能力，同時(shí)，也考查學(xué)生能否合理利用時(shí)間與空間的轉(zhuǎn)換進(jìn)行思維，考生對(duì)此題的完成情況充分體現(xiàn)其學(xué)科綜合素養(yǎng)的高低，是一道能力要求較高的物理綜合題，也是今后的命題方向。

四、從高考命題到“物理核心素養(yǎng)”考查的高三復(fù)習(xí)啟示

“3+理科綜合/文科綜合”高考模式將在兩年后的新高考改革中落下帷幕，最后兩年的高考全國(guó)卷中，就物理學(xué)科而言，在一定程度上可能不會(huì)增加試題的難度，因此，根據(jù)“高考命題對(duì)學(xué)生物理學(xué)科素養(yǎng)的考查”特點(diǎn)，得到高三物理復(fù)習(xí)備考的幾點(diǎn)啟示：

1.物理學(xué)科高考命題會(huì)始終立足于基礎(chǔ)。所以在第一輪復(fù)習(xí)中，突出落實(shí)基礎(chǔ)知識(shí)，形成系統(tǒng)物理觀念，培養(yǎng)學(xué)生解決物理問題的基本技能，這是物理復(fù)習(xí)最基本的要求，歷年高考試題會(huì)發(fā)生變化，但考查的物理基礎(chǔ)知識(shí)不會(huì)變；

2.提高學(xué)生的科學(xué)思維能力。在第二輪復(fù)習(xí)中，突出能力的訓(xùn)練和提高，通過小范圍的專題復(fù)習(xí)，掌握物理學(xué)科各個(gè)模塊解決問題的基本方法。物理試題中的物理事件可以變化，但解決問題所需的科學(xué)思維及方法不會(huì)變；

3.沖刺階段，發(fā)揮學(xué)生的學(xué)科綜合素養(yǎng)，挖掘?qū)W生的解答能力。因此，在第三輪復(fù)習(xí)中，利用綜合訓(xùn)練、模擬訓(xùn)練，體驗(yàn)解答整體試卷的感受，培養(yǎng)學(xué)生的知識(shí)遷移能力，并利用這種能力去解決比較復(fù)雜的新問題，使其逐漸適應(yīng)高考的“壓軸題”。通過學(xué)科教學(xué)及高考選拔，終究讓學(xué)生擁有終身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力。