2016年高考物理典型題簡析

本刊特約物理試題評析組

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2016年高考物理典型題簡析

本刊特約物理試題評析組①

2016年的高考已落下帷幕，縱觀全國卷和各地市卷物理試題，均呈現(xiàn)出立足學(xué)科基礎(chǔ)，突出主干知識考查，聯(lián)系實際體現(xiàn)能力，彰顯物理學(xué)科素養(yǎng)的特點．眾所周知，高考試題既承載了高校選拔優(yōu)秀學(xué)生的媒介作用，又為中學(xué)教育教學(xué)的進(jìn)一步深化改革指明方向．研究高考試題是一線老師提升業(yè)務(wù)水平和積極備考的有效方法．

今年的物理高考試題總體平穩(wěn)，穩(wěn)中求新、求變，涌現(xiàn)出很多無論是材料選擇，還是情境創(chuàng)設(shè)都很精彩的高質(zhì)量試題．下面就幾道試題進(jìn)行粗淺分析，請同人專家批評指正．

一、精彩試題賞析

(一)借助經(jīng)典模型，體現(xiàn)學(xué)科綜合能力

圖1

(1)求P第一次運動到B點時速度的大?。?/p>

(2)求P運動到E點時彈簧的彈性勢能．

【評析】本題是力學(xué)綜合題，為2016年全國Ⅰ卷的壓軸題．本題依托斜面、彈簧，豎直圓軌道構(gòu)建單個物體的多過程運動問題，是學(xué)生熟悉的常規(guī)模型的有機(jī)組合，此題注重考查考生對相對復(fù)雜的物理過程或物理情境的分析能力，同時體現(xiàn)出對考生進(jìn)行多維度的能力考查，比如分析、推理、綜合能力及應(yīng)用數(shù)學(xué)處理物理問題的能力．從運動過程來看，本題融合了勻變速直線運動和變加速直線運動，也考查了曲線運動中的特例——豎直平面內(nèi)圓周運動及平拋運動；從用具體的知識解決的問題來看，本題綜合用到受力分析、牛頓第二定律、質(zhì)點的勻變速直線運動規(guī)律應(yīng)用、力的合成和分解、動能和動能定理、重力做功與重力勢能、彈簧彈力做功與彈性勢能變化的關(guān)系、功能關(guān)系、能量的轉(zhuǎn)化和守恒定律等中學(xué)物理的核心知識點．從問題設(shè)計來看，三個問題不僅具有梯度和層次感，而且注重考查知識的側(cè)重點也不盡相同．本題既注重基礎(chǔ)又突出能力提升和試題的選拔功效，充分考察了考生建模能力和問題解決的能力．該題總體給人的感覺是樸實無華，返璞歸真，學(xué)科知識綜合性強(qiáng)，物理學(xué)科味道濃厚，與2015年全國Ⅰ卷壓軸題“滑塊和木板”模型有異曲同工之妙．

就此類題的指導(dǎo)意義，筆者認(rèn)為力學(xué)綜合試題往往呈現(xiàn)出研究對象的多體性、物理過程的復(fù)雜性、已知條件的隱含性、問題討論的多樣性、數(shù)學(xué)方法的技巧性和一題多解的靈活性等特點，對能力要求較高．此類題給一線教師的教育教學(xué)指明了方向，即教學(xué)要回歸教材，回歸基礎(chǔ)，回避偏難繁怪但一定要凸顯能力．

(二)聯(lián)系生活實際，體現(xiàn)思維過程

圖2

例2 (全國Ⅱ卷第35②題)如圖2，光滑冰面上靜止放置一表面光滑的斜面體，斜面體右側(cè)一蹲在滑板上的小孩和其面前的冰塊均靜止于冰面上．某時刻小孩將冰塊以相對冰面3m/s的速度向斜面體推出，冰塊平滑地滑上斜面體，在斜面體上上升的最大高度為h=0.3 m(h小于斜面體的高度)．已知小孩與滑板的總質(zhì)量為m1=30 kg，冰塊的質(zhì)量為m2=10 kg，小孩與滑板始終無相對運動．取重力加速度的大小g=10 m/s2．

(ⅰ)求斜面體的質(zhì)量；

(ⅱ)通過計算判斷，冰塊與斜面體分離后能否追上小孩？

【答案】(ⅰ)20 kg；(ⅱ)能追上．(解答過程略)

【評析】日常的諸多生活生產(chǎn)活動都蘊藏著豐富的物理知識，本題借助滑冰營造的情境，讓學(xué)生有親切的感覺，通過本題的處理，不僅考查了物理知識，也會拉近學(xué)生和物理學(xué)的距離，會進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣．除此之外，本題構(gòu)建的情境涉及三個物體的運動，可以說是多體運動問題．那么它們之間存在怎樣的運動關(guān)系？如何建立其間的關(guān)系？遵循怎樣的物理規(guī)律？

本題作為該卷選修3-5的第②小題，知識的落點為全冊唯一的Ⅱ級要求知識點(《2016年考試說明》)——動量定理及動量守恒定律的應(yīng)用．需要考生通過分析，透過現(xiàn)象看本質(zhì)，敏銳地獲取相應(yīng)的信息，有效地提取信息解決問題，如冰塊滑上斜面的過程遵循某一方向的動量守恒定律，冰塊能否追上小孩的臨界條件判斷等，都體現(xiàn)出較強(qiáng)的思維能力．本題相較于全國Ⅰ卷考查由于水柱上噴而使物體處于平衡狀態(tài)的同類問題，都同樣要求考生的物理建模能力，整合相應(yīng)知識靈活解決問題的能力．

(三)關(guān)注科學(xué)研究，強(qiáng)化模型構(gòu)建

圖3

例3 (浙江卷第23題)在真空環(huán)境內(nèi)探測微粒在重力場中能量的簡化裝置如圖3所示．P是一個微粒源，能持續(xù)水平向右發(fā)射質(zhì)量相同、初速度不同的微粒．高度為h的探測屏AB豎直放置，離P點的水平距離為L，上端A與P點的高度差也為h．

(1)若微粒打在探測屏AB的中點，求微粒在空中飛行的時間；

(2)求能被屏探測到的微粒的初速度范圍；

(3)若打在探測屏A，B兩點的微粒的動能相等，求L與h的關(guān)系．

【評析】在真空環(huán)境內(nèi)探測微粒在重力場中的能量簡化裝置是科學(xué)研究構(gòu)建的滿足特定條件需要的精密儀器．題目以此為背景設(shè)計問題，取材新穎且簡潔明快，看似起點高，遠(yuǎn)離高中物理常見情境，實則落點低，只需要學(xué)生通過閱讀題干，準(zhǔn)確獲取信息，利用知識的遷移將具體情境轉(zhuǎn)化為普通且經(jīng)典的平拋運動模型．本題充分體現(xiàn)出立足物理學(xué)科基礎(chǔ)，構(gòu)建物理模型，認(rèn)識物理本質(zhì)，理解并應(yīng)用物理規(guī)律和思想方法解決現(xiàn)實中問題的能力．本題營造的物理情境相對簡單，需要考生構(gòu)建平拋運動的模型，利用運動的合成與分解的知識解決問題，同時問題的設(shè)計多維且梯度明顯．

除此之外，筆者認(rèn)為該題的另外一個重要啟示是，要將平時的物理知識教學(xué)放在具體的情境里去，要積極關(guān)注科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展的信息，對相應(yīng)的涉及本學(xué)科內(nèi)容的更要重點關(guān)注，甚至積極利用相應(yīng)信息自己編制習(xí)題，以幫助學(xué)生習(xí)慣性地建立所學(xué)基礎(chǔ)知識與實際應(yīng)用的關(guān)聯(lián)．

(四)貼近時代發(fā)展，彰顯教育功能

圖4

例4 (天津卷第8題)我國高鐵技術(shù)處于世界領(lǐng)先水平，和諧號動車組是由動車和拖車編組而成，提供動力的車廂叫動車，不提供動力的車廂叫拖車．假設(shè)動車組各車廂質(zhì)量均相等，動車的額定功率都相同，動車組在水平直軌道上運行過程中阻力與車重成正比，某列動車組由8節(jié)車廂組成，其中第1和5節(jié)車廂為動車，其余為拖車，則該動車組( )．

A.啟動時乘客受到車廂作用力的方向與車運動的方向相反

B.做勻加速運動時，第5、6節(jié)與第6、7節(jié)車廂間的作用力之比為3∶2

C.進(jìn)站時從關(guān)閉發(fā)動機(jī)到停下來滑行的距離與關(guān)閉發(fā)動機(jī)時的速度成正比

D.與改為4節(jié)動車帶4節(jié)拖車的動車組最大速度之比為1∶2

【答案】BD．

【評析】本題取材于我們國人為之自豪、振奮的高鐵技術(shù)，就物理模型構(gòu)建而言，要求考生通過題目提供的信息，構(gòu)建合理的模型，將動車組中的拖車和動車等效成在粗糙水平面上幾個木塊在外力作用下運動的物理模型；就知識、方法而言，本題涉及牛頓第二定律，整體法和隔離法受力分析，功率，勻變速直線運動規(guī)律及相關(guān)知識點的綜合應(yīng)用，注重學(xué)思結(jié)合，切實提高分析和解決問題的能力；除了上述兩點之外，筆者認(rèn)為，所有學(xué)科的教育教學(xué)除了要切實提高學(xué)生的學(xué)科素養(yǎng)外，還要肩負(fù)著人文素養(yǎng)的教育功效，本題借助高鐵這一象征著我國科學(xué)技術(shù)達(dá)到國際先進(jìn)水平的事實，體現(xiàn)出從中國制造到中國創(chuàng)造的大的時代背景，不僅促進(jìn)了經(jīng)濟(jì)發(fā)展，還極大提升民族自豪感，對鼓舞有志學(xué)子投身國家建設(shè)起到積極推動作用．同時也體現(xiàn)出物理學(xué)科素養(yǎng)養(yǎng)成中的關(guān)于科學(xué)態(tài)度與責(zé)任是指正確認(rèn)識科學(xué)的本質(zhì)．

二、問題商榷與討論

(一)理想模型與實際原理相差較多

圖5

例5 (全國Ⅰ卷第16題)一含有理想變壓器的電路如圖5所示，圖中電阻R1,R2和R3的阻值分別為3Ω,1Ω,4Ω，為理想交流電流表，U為正弦交流電壓源，輸出電壓的有效值恒定．當(dāng)開關(guān)S斷開時，電流表的示數(shù)為I；當(dāng)S閉合時，電流表的示數(shù)為4I．該變壓器原、副線圈匝數(shù)比為( )．

A. 2 B. 3 C. 4 D. 5

【答案】B．

【評析】變壓器是選修3-2交變電流一章的重點知識，高考試題中出現(xiàn)毋庸置疑．但是試卷中的此題，筆者認(rèn)為有些欠妥的地方．首先，此類變壓器的題目2015年全國卷第16題，2015年海南卷第10題均考查過，相似度極高，而且時間上相隔太近，有重復(fù)考查的嫌疑．其次，考試說明中明確規(guī)定了學(xué)生需掌握的是理想變壓器的相關(guān)內(nèi)容，這意味著在高中階段學(xué)生接觸到的變壓器是一種理想化模型，內(nèi)容較粗淺，與變壓器實際工作原理相差很遠(yuǎn)，超出了高中生的能力范圍，挖掘較深，而且過分強(qiáng)調(diào)此模型，是一種思維的固化，對平時的日常教學(xué)是一種誤導(dǎo)．再次，就求解過程而言，變壓器的電壓有效值按照直流電路直接套用閉合電路歐姆定律的公式，原理上有待商榷．

(二)數(shù)學(xué)知識比重過大

例6 (全國Ⅰ卷第17題)利用三顆位置適當(dāng)?shù)牡厍蛲叫l(wèi)星，可使地球赤道上任意兩點之間保持無線電通信，目前地球同步衛(wèi)星的軌道半徑約為地球半徑的6.6倍，假設(shè)地球的自轉(zhuǎn)周期變小，若仍僅用三顆同步衛(wèi)星來實現(xiàn)上述目的，則地球自轉(zhuǎn)周期的最小值約為( )．

A.1h B.4h C.8h D.16h

【答案】B．

【評析】本題考查的是萬有引力的相關(guān)知識，歷年試卷上基本上都涉及此塊知識的考查，但是對于本題，筆者有些不同意見．首先，本題考查的純粹是數(shù)學(xué)知識加萬有引力公式．雖然說數(shù)學(xué)知識是解決物理問題的工具，但是在高考試題中考查物理題以考查數(shù)學(xué)題的方式呈現(xiàn)稍顯不妥．其次，不存在這種不切實際的假設(shè)，顯得脫離實際．再次，筆者認(rèn)為此類萬有引力的題型和素材很多，可引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注我國航天航空事業(yè)的前沿知識，讓這類題充分發(fā)揮其愛國主義教育功能．此題與2015年的第21題萬有引力題相比，略顯不足．

(三)簡單知識點重復(fù)考查

例7 (海南卷第11題)某同學(xué)利用圖6所示的實驗裝置探究物塊速度隨時間的變化．物塊放在桌面上，細(xì)繩的一端與物塊相連，另一端跨過滑輪掛上鉤碼．打點計時器固定在桌面左端，所用交流電源頻率為50 Hz．紙帶穿過打點計時器連接在物塊上．啟動打點計時器，釋放物塊，物塊在鉤碼的作用下拖著紙帶運動．打點計時器打出的紙帶如圖7所示(圖中相鄰兩點間有4個點未畫出)．

圖6

圖7

根據(jù)實驗數(shù)據(jù)分析，該同學(xué)認(rèn)為物塊的運動為勻加速運動．回答下列問題：

(1)在打點計時器打出B點時，物塊的速度大小為 m/s．在打出D點時，物塊的速度大小為 m/s；(保留兩位有效數(shù)字)

(2)物塊的加速度大小為 m/s2．(保留兩位有效數(shù)字)

【答案】(1)0.56,0.96；(2)2.0．

(四)聯(lián)系實際過于牽強(qiáng)、生硬

例8 (北京卷第20題)霧霾天氣對大氣中各種懸浮顆粒物含量超標(biāo)的籠統(tǒng)表述，是特定氣候條件與人類活動相互作用的結(jié)果．霧霾中，各種懸浮顆粒物形狀不規(guī)則，但可視為密度相同、直徑不同的球體，并用PM10、PM2.5分別表示直徑小于或等于10μm、2.5μm的顆粒物(PM是顆粒物的英文縮寫)．某科研機(jī)構(gòu)對北京地區(qū)的檢測結(jié)果表明，在靜穩(wěn)的霧霾天氣中，近地面高度百米的范圍內(nèi)，PM的濃度隨高度的增加略有減小，大于PM10的大懸浮顆粒物的濃度隨高度的增加明顯減小，且兩種濃度分布基本不隨時間變化．

據(jù)此材料，以下敘述正確的是( ).

A.PM10表示直徑小于或等于1.0×10-6m的懸浮顆粒物

B.PM10受到的空氣分子作用力的合力始終大于其受到的重力

C.PM10和大懸浮顆粒物都在做布朗運動

D.PM2.5的濃度隨高度的增加逐漸增大

【答案】B．

【評析】2016年是北京進(jìn)入高中課改的第7年，重視對獲取信息能力的考查，是北京卷的一大特色和一貫作風(fēng)．如2012年的第20題“約瑟夫森結(jié)”的結(jié)電壓與輻射電磁波頻率的關(guān)系、2013年的第20題用單光子光電效應(yīng)來研究多光子光電效應(yīng)問題、2014年的第20題用負(fù)折射率的概念研究電磁波的傳播路徑、2015年的第20題公交IC卡工作過程．今年的第20題考查的是霧霾天氣中的PM10和PM2.5的相關(guān)物理知識．霧霾天氣是最近北京乃至全國所面臨的一個嚴(yán)峻的環(huán)境問題，此題旨在讓學(xué)生從物理學(xué)角度正確認(rèn)識霧霾，并喚起學(xué)生們愛護(hù)環(huán)境的責(zé)任心．但筆者認(rèn)為此題有些不妥．首先，此題D選項跟高中物理知識并無聯(lián)系，更像一個讀題設(shè)再理解的語文閱讀題；其次，A選項是一個單位換算問題，雖簡單，但容易出錯，筆者認(rèn)為，對于高考這一重要考試，出于對學(xué)生的愛護(hù)，應(yīng)盡可能少出這些稍不小心就遺憾終身的問題；B選項考查的是簡單的二力平衡；C選項是簡單的選修內(nèi)容布朗運動．此題放在選擇題最后一題，考查內(nèi)容過于簡單，且偏離高中物理主干知識，缺乏高考選拔甄別功能．給人感覺是硬往當(dāng)下熱點問題上靠，聯(lián)系實際聯(lián)系得有點牽強(qiáng)．

不過，透過此題，倒是可以給我們教學(xué)者一些啟迪，在平時的教學(xué)過程中要注重聯(lián)系實際．物理學(xué)源于實踐，又指導(dǎo)實踐活動，與我們現(xiàn)代生活息息相關(guān)．試題的相關(guān)知識聯(lián)系實際，便意味著教學(xué)過程和教學(xué)內(nèi)容也要聯(lián)系實際．所以，作為教師首先自己要多讀書，善于發(fā)現(xiàn)問題，善于用物理學(xué)相關(guān)知識解釋和解決生活中的問題．其次，要關(guān)注科技進(jìn)展，關(guān)注國內(nèi)外熱點，關(guān)注諾貝爾獎等．

另外，這些聯(lián)系實際的問題，告訴我們教師，在物理學(xué)教學(xué)過程中，除了培養(yǎng)學(xué)生的理解能力、推理能力、應(yīng)用能力以外，在此基礎(chǔ)上還需注重對學(xué)生閱讀能力的培養(yǎng)，讀懂題才能會做題．

(五)知識點超綱

圖8

例9 (海南卷第17(2)題)如圖8，物塊A通過一不可伸長的輕繩懸掛在天花板下，初始時靜止；從發(fā)射器(圖8中未畫出)射出的物塊B沿水平方向與A相撞，碰撞后兩者粘連在一起運動，碰撞前B的速度的大小v及碰撞后A和B一起上升的高度h均可由傳感器(圖8中未畫出)測得．某同學(xué)以h為縱坐標(biāo)，v2為橫坐標(biāo)，利用實驗數(shù)據(jù)作直線擬合，求得該直線的斜率為k=1.92×10-3s2/m．已知物塊A和B的質(zhì)量分別為mA=0.400kg和mB=0.100kg，重力加速度大小g=9.8m/s2．

(ⅰ)若碰撞時間極短且忽略空氣阻力，求h-v2直線斜率的理論值k0．

【評析】以下是海南省高考考試說明對有關(guān)誤差的相關(guān)說明：要求認(rèn)識誤差問題在實驗中的重要性，了解誤差的概念，知道系統(tǒng)誤差和偶然誤差；知道用多次測量求平均值的方法減小偶然誤差；能在某些實驗中分析誤差的主要來源；不要求計算誤差．由此可見，本題第(ii)問要求計算相對誤差在考試說明之外，感覺稍顯遺憾．這樣會削弱考試說明對物理教學(xué)的指揮棒的作用．

三、總結(jié)語

以上是筆者就2016年高考試題所選取的幾道題的粗淺認(rèn)識，不足之處，還望各位同人海涵．高考試題不僅肩負(fù)著國家選拔優(yōu)秀人才的功能，也是一線有效教育教學(xué)的指南針，這些試題凝聚著命題專家的智慧和汗水．通過這些高考試題的研究、學(xué)習(xí)，再一次深刻體會到怎樣有效促進(jìn)學(xué)生學(xué)科素養(yǎng)的養(yǎng)成教育，即要做到重視學(xué)科核心概念和規(guī)律的教學(xué)，提高學(xué)生物理學(xué)科認(rèn)知水平；遵循學(xué)生物理學(xué)習(xí)的規(guī)律，重視物理模型建立教學(xué)；注重物理過程分析和知識結(jié)構(gòu)完善，避免機(jī)械的題海戰(zhàn)術(shù)而是要適當(dāng)?shù)挠行У木_制導(dǎo)式的練習(xí)；緊密聯(lián)系生活、生產(chǎn)實際和科技發(fā)展最新進(jìn)展，體現(xiàn)物理課程的時代性和發(fā)展性．

(安徽省淮北市實驗高級中學(xué)物理組教研組長吳發(fā)銀老師對本文的撰寫提供了支持與指導(dǎo)，特此鳴謝．)

(責(zé)任編輯：余娟平)

① 參與本文寫作的有安徽省淮北市實驗高級中學(xué)的郝嵐嵐和王偉風(fēng)．