高考物理試題失范舉隅

(1. 江西省九江第一中學(xué)，江西 九江 332000； 2. 陜西師范大學(xué)出版總社，陜西 西安 710062)

高考作為全國(guó)統(tǒng)一招生考試，其嚴(yán)肅性、權(quán)威性不言而喻。高考物理試卷質(zhì)量的優(yōu)劣，關(guān)乎高校錄取新生的質(zhì)量、中學(xué)物理教學(xué)的走向。因此，對(duì)高考試題進(jìn)行評(píng)價(jià)是一項(xiàng)有實(shí)際意義的研究課題。

1 試題規(guī)范概述

“規(guī)范”在《辭?！分杏袃煞N含義：其一為標(biāo)準(zhǔn)或法式；其二為模范或典范。[1]顯然，考試命題規(guī)范可解讀為考試命題“標(biāo)準(zhǔn)”，“標(biāo)準(zhǔn)”即指衡量事物的準(zhǔn)則，因此命題規(guī)范乃命題準(zhǔn)則，試題的科學(xué)性、規(guī)范性、嚴(yán)謹(jǐn)性直接影響試題的質(zhì)量。

試題的科學(xué)性是指試題所涉及的情境真實(shí)、模型合理、數(shù)據(jù)正確、信息自洽等。[2]試題的規(guī)范性是指試題所涉及的知識(shí)內(nèi)容符合物理學(xué)科的特點(diǎn)，與學(xué)生習(xí)得的知識(shí)相吻合，文字表述合理、清晰、準(zhǔn)確等，并與相應(yīng)的題型結(jié)構(gòu)、功能相一致。試題的嚴(yán)謹(jǐn)性是指試題所涉及的文本、數(shù)據(jù)、條件、圖形、圖像、表格、設(shè)問(wèn)等呈現(xiàn)縝密，無(wú)漏洞、歧義及差錯(cuò)等，同時(shí)答案正確無(wú)爭(zhēng)議，賦分合理公平等。為表述簡(jiǎn)潔，本文中對(duì)試題在某一方面的不足，均認(rèn)定為失范。

2 試題失范舉隅

2.1 是萬(wàn)有引力常量還是引力常量

例1(全國(guó)Ⅰ卷第20題)：2017年，人類(lèi)第一次直接探測(cè)到來(lái)自雙中子星合并的引力波。根據(jù)科學(xué)家們復(fù)原的過(guò)程，在兩顆中子星合并前約100s時(shí)，它們相距約400km，繞二者連線上的某點(diǎn)每秒轉(zhuǎn)動(dòng)12圈。將兩顆中子星都看作是質(zhì)量均勻分布的球體，由這些數(shù)據(jù)、萬(wàn)有引力常量并利用牛頓力學(xué)知識(shí)，可以估算出這一時(shí)刻兩顆中子星( )。

A. 質(zhì)量之積 B. 質(zhì)量之和

C. 速率之和 D. 各自的自轉(zhuǎn)角速度

評(píng)析：該題的問(wèn)題在于物理量表述的失范?！叭f(wàn)有引力常量”與中學(xué)教材表述不一致，中學(xué)教材稱為“引力常量”或“引力常數(shù)”。[3][4]在大學(xué)力學(xué)教材中，稱“萬(wàn)有引力常量”或“引力常量”。[5]由于試題的考查對(duì)象是高中生，因此試題關(guān)于物理量的表述，應(yīng)盡量與中學(xué)教材表述一致。

2.2 是靜止位置還是平衡位置

圖1

例2(全國(guó)Ⅰ卷第15題)：如圖1所示，輕彈簧的下端固定在水平桌面上，上端放有物塊P，系統(tǒng)處于靜止?fàn)顟B(tài)?，F(xiàn)用一豎直向上的力F作用在P上，使其向上做勻加速直線運(yùn)動(dòng)。以x表示P離開(kāi)靜止位置的位移，在彈簧恢復(fù)原長(zhǎng)前，下列表示F和x之間關(guān)系的圖像(如圖2)可能正確的是( )。

圖2

評(píng)析：該題中“P離開(kāi)靜止位置的位移”的說(shuō)法欠妥。顯然，試題中的“靜止位置”是指原靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)的位置。但容易誤解為施力后的物塊在原來(lái)的位置仍然是“靜止?fàn)顟B(tài)”，或誤認(rèn)為速度為零的狀態(tài)即為靜止?fàn)顟B(tài)，可能會(huì)對(duì)學(xué)生關(guān)于“運(yùn)動(dòng)與相互作用”的認(rèn)知帶來(lái)負(fù)面影響。

“靜止”要求同時(shí)滿足速度為零、合力為零的條件。如振動(dòng)物體經(jīng)過(guò)原靜止位置，往往說(shuō)成是經(jīng)過(guò)“平衡位置”，而沒(méi)有經(jīng)過(guò)“靜止位置”這一說(shuō)法。在“百度”檢索中沒(méi)有收錄“靜止位置”的詞條，只有“平衡位置”，本題將“靜止位置”改為“平衡位置”可能更為妥當(dāng)。

2.3 應(yīng)補(bǔ)充空氣阻力忽略不計(jì)的條件

圖3

例3(全國(guó)Ⅰ卷第18題)：如圖3所示，abc是豎直面內(nèi)的光滑固定軌道，ab水平，長(zhǎng)度為2R；bc是半徑為R的四分之一圓弧，與ab相切于b點(diǎn)。一質(zhì)量為m的小球，始終受到與重力大小相等的水平外力的作用，自a點(diǎn)處從靜止開(kāi)始向右運(yùn)動(dòng)。重力加速度大小為g。小球從a點(diǎn)開(kāi)始運(yùn)動(dòng)到其軌跡最高點(diǎn)，機(jī)械能的增量為( )。

A. 2mgRB. 4mgR

C. 5mgRD. 6mgR

評(píng)析：本題若不計(jì)空氣阻力，答案為C。若計(jì)入空氣阻力，機(jī)械能增量有一范圍，即3mgR<ΔE<5mgR，則選項(xiàng)為B。因此，試題有必要補(bǔ)充條件：“不考慮空氣阻力”。另外，“一質(zhì)量為m的小球”若改為“一質(zhì)量為m的物塊”似乎更妥，因?yàn)樾∏虻臐L動(dòng)，會(huì)帶來(lái)轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能的介入，已不在中學(xué)討論之列。

2.4 是T-V圖像還是V-T圖像

例4(全國(guó)Ⅰ卷第33(1)題)：如圖4所示，一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)a開(kāi)始，經(jīng)歷過(guò)程①、②、③、④到達(dá)狀態(tài)e。對(duì)此氣體，下列說(shuō)法正確的是( )。

A. 過(guò)程①中氣體的壓強(qiáng)逐漸減小

B. 過(guò)程②中氣體對(duì)外界做正功

C. 過(guò)程④中氣體從外界吸收了熱量

D. 狀態(tài)c、d的內(nèi)能相等

E. 狀態(tài)d的壓強(qiáng)比狀態(tài)b的壓強(qiáng)小

圖4

評(píng)析：?jiǎn)栴}在于圖像呈現(xiàn)的失范。圖像中的縱、橫坐標(biāo)所表示的物理量不合常規(guī)，理由如下：

(1) 熱學(xué)中核心的概念是溫度，[6]溫度測(cè)量的邏輯基礎(chǔ)是熱力學(xué)第零定律。[7]熱力學(xué)第一定律是能量轉(zhuǎn)化與守恒定律表現(xiàn)，熱力學(xué)第二定律是熵所遵循的法則，熱力學(xué)三定律都和溫度緊密聯(lián)系。

(2) 溫度是物理學(xué)中規(guī)定的七個(gè)基本物理量之一。國(guó)際計(jì)量委員會(huì)對(duì)基本物理量是這樣定義的：物理量是通過(guò)描述自然規(guī)律的方程或定義新的物理量的方程而相互聯(lián)系的。因此，可以把少數(shù)幾個(gè)物理量作為相互獨(dú)立的，其他的物理量可以根據(jù)這幾個(gè)量來(lái)定義。溫度作為基本的物理量與其在熱學(xué)中的基礎(chǔ)性地位是分不開(kāi)的。對(duì)于一定質(zhì)量的理想氣體來(lái)說(shuō)，壓強(qiáng)、體積和溫度三個(gè)狀態(tài)量在熱力學(xué)系統(tǒng)中的地位是“平等”或“平行關(guān)系”，并非力學(xué)中的位移、速度和加速度之間存在數(shù)學(xué)上的導(dǎo)出關(guān)系。[8]氣體實(shí)驗(yàn)定律中的查理定律及蓋-呂薩克定律，均以熱力學(xué)溫度為自變量。其緣由可能是以熱力學(xué)溫度作為自變量給實(shí)驗(yàn)帶來(lái)了操作和測(cè)量的方便。

(3) 圖像法作為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的重要方法，其坐標(biāo)軸物理量的約定應(yīng)與實(shí)驗(yàn)要求及坐標(biāo)系數(shù)學(xué)意義相吻合，即橫坐標(biāo)表示自變量，縱坐標(biāo)表示因變量。這可能就是在熱學(xué)教材中，有V-T圖像而無(wú)T-V圖像的緣由。

綜上所述，該題將T-V圖像修改為V-T圖像可能更合乎熱學(xué)研究的傳統(tǒng)。

2.5 應(yīng)補(bǔ)充液體的飽和汽壓忽略不計(jì)的條件

圖5

評(píng)析：對(duì)容器內(nèi)活塞上方及下方的氣體為對(duì)象，根據(jù)玻意耳定律及力的平衡條件可求出液體的質(zhì)量。

該題的問(wèn)題在于情境設(shè)計(jì)或條件的失范。流入的液體在密閉容器中，會(huì)產(chǎn)生蒸氣，該蒸氣對(duì)應(yīng)一個(gè)壓強(qiáng)，蒸氣可能形成飽和汽或非飽和汽。這樣問(wèn)題便復(fù)雜了，需要應(yīng)用道爾頓分壓定律及克拉珀龍方程求解。[9]因此，若增加“不考慮流入液體的汽化”或“不計(jì)液體蒸氣的氣壓”，則試題就沒(méi)有歧義。

2.6 應(yīng)補(bǔ)充電子重力忽略不計(jì)的條件

例6(全國(guó)Ⅰ卷第21題):圖6中虛線a、b、c、d、f代表勻強(qiáng)電場(chǎng)內(nèi)間距相等的一組等勢(shì)面，已知平面b上的電勢(shì)為2V。一電子經(jīng)過(guò)a時(shí)的動(dòng)能為10eV，從a到d的過(guò)程中克服電場(chǎng)力所做的功為6eV。下列說(shuō)法正確的是( )。

圖6

A. 平面c上的電勢(shì)為零

B. 該電子可能到達(dá)不了平面f

C. 該電子經(jīng)過(guò)平面d時(shí)，其電勢(shì)能為4eV

D. 該電子經(jīng)過(guò)平面b時(shí)的速率是經(jīng)過(guò)d時(shí)的2倍

評(píng)析：該題的問(wèn)題在于“電子的重力忽略不計(jì)”的條件缺失，使試題的效度、區(qū)分度大為降低。對(duì)于中等基礎(chǔ)及其以下的考生，受力學(xué)問(wèn)題分析的習(xí)慣，會(huì)不假思索而計(jì)入重力，則選項(xiàng)B容易確定。而對(duì)于基礎(chǔ)稍好的考生來(lái)說(shuō)，若忽略重力，則由于試題文字誘導(dǎo)，使部分考生誤認(rèn)為，電子自左水平向右運(yùn)動(dòng)，這樣電子一定能到達(dá)平面f，則導(dǎo)致選項(xiàng)B漏選。因此，該題增補(bǔ)條件：“不計(jì)電子所受的重力”十分必要。

補(bǔ)充說(shuō)明的是，在2018年全國(guó)Ⅰ卷第25題、全國(guó)Ⅱ卷第25題、全國(guó)Ⅲ卷第24題，試題均附有“不計(jì)重力”或“不計(jì)重力影響”的條件，這表明高考大題在命題審查過(guò)程中會(huì)更加嚴(yán)格。

3 結(jié)語(yǔ)

高考是一種選拔性考試，而不是目標(biāo)參照測(cè)驗(yàn)。因此，試題的科學(xué)性、規(guī)范性、嚴(yán)謹(jǐn)性等方面不容小覷。審視2018年全國(guó)理綜物理卷，試題以“一核四層四翼”的高考評(píng)價(jià)體系為依托，嚴(yán)格遵循考試大綱，聚焦學(xué)科主干內(nèi)容。試題總體質(zhì)量較高，有效助推了高中物理課程改革，彰顯素質(zhì)教育的鮮明導(dǎo)向。文中所列失范，反映試題在某些方面的不足，僅供參考。