以生活為“石”，攻素養(yǎng)之“玉”
——由一道山東高考物理題引發(fā)的思考

山東

(作者單位：山東省文登新一中)

山東省2020年普通高中學業(yè)水平等級考試物理第15題，以中醫(yī)拔罐治療疾病為素材，通過對比火罐和抽氣拔罐物理原理的差異性，不僅考查學生構(gòu)建“充氣、抽氣”氣體模型的能力，還考查了學生運用氣體實驗定律解決生活實際問題的能力，引導(dǎo)學生關(guān)注物理知識在生活生產(chǎn)中的運用，學以致用，彰顯了高考評價的素養(yǎng)導(dǎo)向功能。

在教學中，筆者對本題進行了深入研究，探索關(guān)于變質(zhì)量氣體模型的多種求解方法，以拓寬學生的解題思路，提升其物理核心素養(yǎng)水平。

一、原題再現(xiàn)

二、命題方向

2020年修訂2017版《普通高中物理課程標準》第35頁，關(guān)于理想氣體的學業(yè)要求和教學提示指出：認識構(gòu)建理想氣體模型的必要性，能用不同的方法和手段分析和處理信息，能應(yīng)用模型多視角分析研究實際氣體的問題，廣泛了解氣體定律對人類生活和社會發(fā)展的影響。

本題遵循課程標準，挖掘生活現(xiàn)象，從火罐、抽氣拔罐兩個角度，聚焦氣體實驗內(nèi)容，注重考查學生的邏輯推理、信息加工、模型構(gòu)建能力，考查靈活運用物理知識和方法解決實際問題的能力，鼓勵學生提高健康意識，弘揚中醫(yī)文化，凸顯高考的育人導(dǎo)向功能。

三、教學探索

教學實踐中，根據(jù)高考題創(chuàng)設(shè)的火罐情境，運用理想氣體狀態(tài)方程，求解火罐降溫后的壓強為0.7p0，這是多數(shù)學生可以正確解答的；而研究抽氣拔罐時，求抽出氣體的質(zhì)量與抽氣前罐內(nèi)氣體質(zhì)量的比值，約90%的學生無從下手。出現(xiàn)此類現(xiàn)象的根源，在于學生不明確變質(zhì)量理想氣體問題的解題策略。根據(jù)“一核四層四翼”的新高考評價素養(yǎng)導(dǎo)向要求，結(jié)合具體學情，筆者以此題為載體，歸納總結(jié)變質(zhì)量理想氣體問題的多種解題方法，來幫助學生牢牢掌握基本公式、定律，探索適合不同能力水平學生的解題方法，培養(yǎng)學生發(fā)散思維、求異思維等關(guān)鍵能力，最大程度提升每個學生的物理素養(yǎng)，最終實現(xiàn)教—學—考的無縫銜接。

探索Ⅰ：一題多解

1.等效法

1.1 把抽氣拔罐等效成體積增大的容器

p1V1=p2V2

代入數(shù)值，可得

p0V0=0.7p0V2

因為抽氣拔罐和彈性袋內(nèi)的氣體相通，氣體的密度一樣，因此氣體的質(zhì)量之比就等于體積之比，而抽出氣體的質(zhì)量就是彈性袋內(nèi)的氣體質(zhì)量，所以抽出氣體的質(zhì)量與抽氣前罐內(nèi)氣體質(zhì)量的比值等于彈性袋內(nèi)氣體的體積與總體積之比。

1.2 把抽氣前氣體等效為分裝在兩個容器內(nèi)——抽氣拔罐和彈性袋

抽氣前，拔罐中氣體的壓強p1=p0，體積V1=V0，

根據(jù)玻意耳定律，

p1V1=p2V2+p0V3

因為抽出去的氣體壓強、溫度和抽氣前拔罐中的氣體狀態(tài)相同，即兩者的密度相同，所以抽出去的氣體質(zhì)量與抽氣前拔罐中氣體的質(zhì)量之比就等于體積之比。

2.理想氣體狀態(tài)方程法

2.1 理想氣體狀態(tài)方程定義式

設(shè)空氣的摩爾質(zhì)量為M，抽氣罐內(nèi)原來的氣體質(zhì)量為m1；抽氣后，罐中剩余氣體壓強和火罐降溫后的內(nèi)部氣體壓強相等時，罐中氣體的質(zhì)量為m2，

以抽氣前的氣體為研究對象，根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程有，

以抽氣后的氣體為研究對象，根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程有，

2.2 理想氣體狀態(tài)方程密度式

已知p1=p0，p2=0.7p0

根據(jù)④式可得，ρ2=0.7ρ1⑤

抽氣前罐中氣體的質(zhì)量m1=ρ1V0⑥

培養(yǎng)學生一題多解的能力，不是單純地為了解題，而是為了橫向擴展學生的思維廣度，打破思維定勢，提升科學思維等物理核心素養(yǎng)能力。

探索Ⅱ：一題多變

求解變質(zhì)量問題通常是將其轉(zhuǎn)化為定質(zhì)量問題，本題兩種等效法的求解思想分別是漏氣思想和分裝思想。抽氣類型題有兩種，一是不考慮抽氣的過程，只關(guān)注抽氣后的結(jié)果，如2020年山東高考物理第15題；二是注重每次抽氣的過程，在教學中，筆者針對具體抽氣過程進行了引申。

該高考原題考查抽氣的問題，實際上是應(yīng)用漏氣的物理思想，或采用氣體分裝的解題方法求解，原題還缺少充氣模型的方法訓(xùn)練，為此，我又對此題進行了題意的適當改變。

【變式3】滿足高考原題的條件，當抽氣拔罐在皮膚上留罐結(jié)束時，用手打開閥門，短暫時間內(nèi)(溫度變化不計)，罐與皮膚分離，求通過閥門進入罐內(nèi)的氣體質(zhì)量與抽氣前氣體質(zhì)量之比。

根據(jù)歷年高考命題特點，物理選修3-3(新教材選擇性必修四)命題頻率最高的知識點是分子動理論和氣體，分子動理論知識中，宏觀量和微觀量之間的關(guān)系是學生的薄弱環(huán)節(jié)，筆者對題設(shè)的火罐內(nèi)容再次進行了改編加工。

【變式4】滿足高考原題條件下，假設(shè)火罐內(nèi)氣體初始狀態(tài)的質(zhì)量為m0，摩爾質(zhì)量為M，火罐的體積為V，阿伏伽德羅常數(shù)為NA，當氣體溫度降到300 K時，求火罐內(nèi)氣體的分子數(shù)密度。

高考評價體系明確提出：高考試題要具備基礎(chǔ)性、綜合性、應(yīng)用性和創(chuàng)新性。學生對有關(guān)“氣體”高考題的綜合性和創(chuàng)新性有畏懼心理，這種心理的根源在于，備考中沒有形成立體的思維網(wǎng)絡(luò)。這不是“題海戰(zhàn)術(shù)”能解決的問題，需要用“巧勁”。筆者在教學中通過對高考題進行引申、變化、一題多變，把變質(zhì)量氣體問題的求解思想和方法進行整合，起到了事半功倍的效果。