高中物理命題“避坑”指南

楊學(xué)切

摘? ?要：命題能力是高中物理教師必備的能力之一。一份好的試題可以對教學(xué)起到正面引導(dǎo)的作用，有瑕疵或錯誤的試題，不僅失去了有效的評價作用，也將誤導(dǎo)學(xué)生、困擾教師。文章針對高中物理命題中經(jīng)常出現(xiàn)的瑕疵或錯誤進(jìn)行梳理、說明，旨在提醒教師、教研員和教輔資料的編者在命題與教學(xué)中規(guī)避這些瑕疵或錯誤。

關(guān)鍵詞：高中物理;命題;避坑;指南

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? 文章編號：1003-6148（2020）12-0038-4

俗話說命題永遠(yuǎn)是一門有遺憾的藝術(shù)。準(zhǔn)備再充分的一次命題，都可能留下一些遺憾之處。命題工作只有更好，沒有最好。但是，在命題中出現(xiàn)的瑕疵將影響評價的效度;試題有科學(xué)性錯誤，更是不能容忍的。本文基于筆者多年參與各級各類命題與研究，梳理出高中物理命題中4類常見的瑕疵或錯誤，也就是“命題之坑”，同時也提供了 “避坑”建議。

1? ? 已知條件想當(dāng)然

由于長時間從事物理教學(xué)工作，容易形成“思維慣性”，教師常常對試題中有些物理數(shù)據(jù)或條件 “理所當(dāng)然”地默認(rèn)為是已知條件，在題設(shè)中忽略了明確表述。當(dāng)學(xué)生面對試題時就會造成困惑，甚至誤入歧途，無法解答。

例1 用圖1所示裝置探究動能定理。有下列器材：A.電火花打點計時器;B.220 V交流電源;C.紙帶;D.細(xì)線、小車、砝碼和砝碼盤;E.一端帶滑輪的長木板、小墊木;F.刻度尺。

（1）實驗中還需要的實驗器材為________。

（2）按正確的實驗操作，實驗中得到一條點跡清晰的紙帶如圖2，圖中數(shù)據(jù)xA、xB和xAB已測出，交流電頻率為f，小車質(zhì)量為M，砝碼和砝碼盤的質(zhì)量為m，以小車、砝碼和砝碼盤組成的系統(tǒng)為研究對象，從A到B過程中，合力做功為_________，動能變化量為____________，比較二者的大小關(guān)系，可探究動能定理。

答案：（1）天平;

（2）mgxAB，■（M+m）（x■■-x■■）f 2

本題為2020年4月，某市高三質(zhì)檢題，命制試題時想當(dāng)然地認(rèn)為“重力加速度g”是已知條件，大多數(shù)學(xué)生也犯刷題“后遺癥”，按照命題者的想法，解出“正確答案”。而思維嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)生，糾結(jié)著重力加速度沒有提供，如何求解第（2）問“從A到B過程中，合力做功”。因此，影響本題考試區(qū)分度，也使得全卷的試題信度降低。

【避坑建議】

最后審題嚴(yán)把關(guān)。

教師多年只教一門物理課，見過的題目太多，物理模型過于熟悉，導(dǎo)致想當(dāng)然地認(rèn)為有些物理條件或物理模型應(yīng)該是已知的。因此，最后審題必須嚴(yán)把關(guān)。命題中常犯的“想當(dāng)然式錯誤”有以下幾個方面：①該提供的物理常數(shù)沒有提供。如重力加速度g、萬有引力常數(shù)G、靜電力常量k、光速c、普朗克常量h。②該明確的方位（或方向）沒有明確。如空間平面是水平面還是豎直面？力或速度的方向是水平方向還是其他方向？電場強度、磁感應(yīng)強度等矢量方向是否明確表述？③該有的模型條件沒有清晰表明。如輕繩、輕桿、輕質(zhì)彈簧、小球等，省略了“輕、輕質(zhì)、小”的形容詞，物理模型變得不清晰。還有“不計空氣阻力”“絕緣光滑平面”“不考慮粒子間相互作用”等條件描述都容易被忽視。④命制實驗題中，打點計時器的工作頻率50 Hz經(jīng)常也會忘了注明。

2? ? 題設(shè)數(shù)據(jù)不自洽

物理命題的基本要求是數(shù)據(jù)的科學(xué)性，若科學(xué)性出現(xiàn)了問題，不論試題多么完美，都將被擯棄?？茖W(xué)性的重要表現(xiàn)是題設(shè)條件需要邏輯自洽。在命題時，題設(shè)條件已經(jīng)可以確定某幾個并列的結(jié)果，為了特定考查的需要，可以對某個結(jié)果進(jìn)行人為賦值（也稱題設(shè)條件重置），求解其他結(jié)果。但若忽視了物理過程中應(yīng)該遵守的比較隱性的物理規(guī)律，會導(dǎo)致數(shù)據(jù)的科學(xué)性出現(xiàn)問題，造成題設(shè)條件的不自洽[1]。

例2 如圖3所示，一矩形單匝金屬框abcd，下邊 ab邊與磁場上邊界水平對齊，現(xiàn)靜止釋放，沿豎直方向進(jìn)入范圍足夠大的勻強磁場中。已知金屬框質(zhì)量m=0.2 kg，電阻R=1.0 Ω，ab邊長L=0.2 m，bc邊足夠長，磁場方向垂直紙面向里，磁感應(yīng)強度大小為B=0.5 T。當(dāng)金屬框下降h=0.5 m時，框內(nèi)產(chǎn)生了Q=0.9 J的熱量，這時金屬框的cd邊仍在磁場外。不計空氣阻力，g取10 m/s2。試求此時金屬框中感應(yīng)電流的大小和方向。

解 根據(jù)能量守恒，mgh=■mv2+Q

再由，E=BLv，I=■

解得：v=1 m/s，I=0.2 A，根據(jù)右手定則，電流方向為abcda（逆時針）。

定性分析：若v=1 m/s，金屬框做加速度減小的加速運動，平均速度大于0.5 m/s，下降0.5 m的距離所用的時間小于1 s;速度1 m/s是此過程中的最大速度，此時的最大電流I=0.2 A。綜合以上兩點可得線框下降0.5 m的距離所產(chǎn)生的焦耳熱Q

定量分析：由牛頓第二定律對金屬框列出微分方程為：

mg-■=m■

經(jīng)分離變量積分可得：

v=■（1-e■）? ? ? （1）

x=■vdt=■t-■（1-e■） （2）

實際上，金屬框下降h=0.5 m時，下落時間、末速度、過程中的焦耳熱都已經(jīng)確定。先由（2）式可得t=0.3171 s（小數(shù)點后保留4位）;再由（1）式可得瞬時速度大小為v=3.1456 m/s;最后，由能量守恒定律可得框內(nèi)產(chǎn)生的熱量Q=0.0105 J。因此，本題金屬框下降h=0.5 m與框內(nèi)產(chǎn)生的熱量Q=0.9 J屬于條件重復(fù)設(shè)置，但不符合自洽性。

題設(shè)數(shù)據(jù)重復(fù)設(shè)置，優(yōu)點很明顯：一是能夠拓展命題素材。原本超出中學(xué)考試要求的一些物理過程、物理方法，通過如此方法處理，降低了難度，變成不超綱;二是能夠預(yù)設(shè)考查功能。通過對部分結(jié)果的賦值，引導(dǎo)學(xué)生從命題者的考查意圖出發(fā)來解決問題，實現(xiàn)了命題者的考查預(yù)設(shè)[2]。但是，也埋下了一個隱患，若數(shù)據(jù)設(shè)置不當(dāng)，會導(dǎo)致不自洽，變成廢題、錯題。

【避坑建議】

驗證題設(shè)數(shù)據(jù)或改用字母表示。

高中物理出現(xiàn)數(shù)據(jù)不自洽問題，主要表現(xiàn)在三個地方：

一是電磁感應(yīng)中非勻變速運動問題，往往題設(shè)運動過程中的位移、速度、時間、電量、焦耳熱等物理量，遵守著比較隱性的物理規(guī)律，有一個確定，其他物理量就唯一確定了。命題時為了避開微分方程的求解，對物理量進(jìn)行重復(fù)賦值，這是可以的，但一定要注意數(shù)據(jù)的自洽性。命題者必須運用高等數(shù)學(xué)知識進(jìn)行驗證，使其盡量等于或接近理論值，如2012年天津高考卷第11題就做得很好。

二是汽車以恒定功率運動與導(dǎo)體棒切割磁感線運動，它們的運動規(guī)律都存在極限過程，理論上，經(jīng)過無限長時間才達(dá)到最大速度。若在設(shè)置達(dá)到最大速度的時間或位移時所給數(shù)據(jù)過小，運用不同計算方法得出的結(jié)果將存在矛盾、不自洽?？碱}的科學(xué)性是極強的，在數(shù)據(jù)設(shè)置時必須要注意到自洽性的要求，如2009年上海高考卷第20題，在設(shè)置數(shù)據(jù)時就注意了這個問題[3]。

三是運動軌跡為擺線問題，為了避開中學(xué)階段復(fù)雜的運動合成與分解，往往也要將題設(shè)條件重置，這時必須考慮數(shù)據(jù)的自洽性。如2008年的江蘇高考卷第14題，2013年的福建高考卷第22題，都做得“天衣無縫”，達(dá)成了命題的意圖。

當(dāng)然，若字母運算不是太復(fù)雜，也可以改用字母表示題設(shè)物理量，在此不再贅述。

3? ? 物理過程靠“臆想”

在試題編制的時候，為了考查學(xué)生特定的能力或素養(yǎng)，經(jīng)常采用去情景化手段，創(chuàng)設(shè)一些理想化物理過程。從題面與解答上看都沒有任何問題。但是，實際上此物理過程只是命題者的“臆想”而已，根本不可能存在。

例3 用水平力F=30 N拉著一個質(zhì)量為2 kg的物體在水平面上由靜止開始做勻加速直線運動，某時刻將力F隨時間均勻減小到0。整個過程物體所受的摩擦力大小隨時間變化如圖4中的實線所示，求：

（1）物體做勻加速直線運動的加速度大小;

（2）整個過程物體運動的時間;

（3）物體做勻加速直線運動發(fā)生的位移。

解 （1）由牛頓第二定律知：

a=■

解得，a=5 m/s2

（2）由圖像知30 s末，物體開始靜止，所以運動時間為30 s。

（3）由圖像知加速時間為10 s，所以有：

x=■at2

解得：x=250 m

分析：此題是2018年某市質(zhì)檢題，此后廣為流傳。用圖像提供物體運動過程，解答也是合情合理。

我們換個視角審視，就會發(fā)現(xiàn)此物理過程根本不可能發(fā)生。從動量定理角度分析，0～30 s內(nèi)，圖中水平力F與時間軸圍成的面積大于摩擦力與時間軸圍成的面積，即水平力F沖量大小大于摩擦力沖量大小，也就是說30 s末物體不可能處于靜止?fàn)顟B(tài)。不是命題者想讓其停止運動，物體就會停止運動的。

【避坑建議】

關(guān)注運動的連續(xù)性。

此類命題錯誤一般存在于對“運動速度不可能突變”的物理本質(zhì)的忽視。物體在運動過程中力、加速度可以突變，速度是不能突變的。至于碰撞問題，其本質(zhì)是速度變化的時間很短，對整個運動而言，忽略了變化的時間，并非速度可以突變。認(rèn)清運動速度的連續(xù)性可以避免“臆想”出不可能發(fā)生的物理過程。用圖像表達(dá)物理過程時，也容易忽視其運動的連續(xù)性。

又如，一質(zhì)點沿 Ox 軸運動，t=0 時刻起，其位移隨時間變化的圖像如圖5所示，其中圖線 0～1 s 內(nèi)為直線，1～5 s 內(nèi)為正弦曲線，二者相切于 P 點，則（? ? ）

A.0～3 s 內(nèi)，質(zhì)點的路程為 2 m

B.0～3 s 內(nèi)，質(zhì)點先做減速運動后做加速運動

C.1～5 s 內(nèi)，質(zhì)點的平均速度大小為 1.5 m/s

D.3 s 末，質(zhì)點的速度大小為 2 m/s

解 根據(jù)對稱性知，1 s 末的速度與 3 s 末的速度等值反向，由于 1 s 末質(zhì)點的速度大小為 2 m/s，故 3 s 末質(zhì)點的速度大小為 2 m/s，D 選項正確。

實際上，題設(shè)條件“二者相切于 P 點”是“臆想”條件，求導(dǎo)可知正弦曲線在1、3、5 s時刻的切線斜率大小為2.34，不是2，不是畫得似相切，就真的相切，違背了運動的連續(xù)性。

4? ? 問題設(shè)置超考綱

高中階段的許多物理概念、規(guī)律，往往只在特定情況下適用。教師對特定條件理解片面化、狹隘化;或?qū)μ囟l件擴大化、普適化，會造成超出中學(xué)物理教學(xué)要求，也就是超出考綱了。因此，在命題時要注意問題設(shè)置不能超考綱;教師不能因自身的知識欠缺，編制出很多錯題，更不能用錯誤的解析去自圓其說。

例4 如圖6所示，圓環(huán)a和b的半徑之比r1：r2=2：1，用粗細(xì)相同、同樣材料的導(dǎo)線構(gòu)成。連接兩環(huán)的導(dǎo)線電阻不計，勻強磁場的磁感應(yīng)強度始終以恒定的變化率變化。那么，當(dāng)只有a環(huán)置于磁場中與只有b環(huán)置于磁場中兩種情況下，A、B兩點的電勢差之比為（? ? ）

A. 1：1? ? B. 2：1

C. 3：1? ? D. 4：1

本題給出的正確答案為B選項。

解 只有a環(huán)置于磁場中，a環(huán)就是電源，b環(huán)為電路;只有b環(huán)置于磁場中，b環(huán)是電源， a環(huán)為電路;運用法拉第電磁感應(yīng)定律、閉合電路歐姆定律和電阻定律得出答案。

在感生現(xiàn)象中，感生電動勢存在于整個電路，不能認(rèn)為只有某一部分存在電動勢。要求解A、B兩點的電勢差，需要用基爾霍夫方程組求解。高中階段對內(nèi)電路上的電勢差，考綱明確刪除。2019年全國高考理綜課標(biāo)I卷的第20題，問題設(shè)置就很好地回避了。

【避坑建議】

用心鉆研，恰當(dāng)回避。

“給學(xué)生一杯水，教師要有一桶水?！睂τ巫哂诖髮W(xué)物理與中學(xué)物理之間的物理概念、規(guī)律，教師應(yīng)該用心鉆研，精準(zhǔn)把握。在命題時，問題設(shè)置應(yīng)恰當(dāng)回避，以免超綱。

除了感生電動勢外，高中物理命題中需要恰當(dāng)回避的還有以下幾點。

（1）質(zhì)點系的功能關(guān)系，高中物理教學(xué)不做要求，需回避外力對“形變?nèi)梭w”的做功問題。如2013年天津物理高考卷第2題，就出現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)答案漏選D選項。

（2）交流電路中，存在電容、電感、二極管等非純電阻器件時，在討論電路分流問題、功率問題時，可能涉及交流相位、功率因數(shù)問題，在問題設(shè)置時要盡量回避。如2014年全國課標(biāo)Ⅱ卷第21題，其標(biāo)準(zhǔn)答案就備受爭議，至今不了了之。

（3）高中物理對電勢概念沒有深入探討，電勢能的系統(tǒng)性也僅僅了解而已，更沒有明確提出勢能定義式以及準(zhǔn)確表述。高中階段都是基于場源恒定的基礎(chǔ)上討論電勢、電勢能的，在電容器的動態(tài)問題（相當(dāng)于場源變化了）中，盡量回避電勢和電勢能的考查。如2016年天津高考理綜卷第4題，對C選項的解釋就存在問題;2009年福建理綜卷第15題，B、C選項也是超綱的。

（4）溫度相同時，不同結(jié)構(gòu)的分子平均動能一般不同，命題時最好避開不同物質(zhì)相同溫度的分子平均動能大小比較。

5? ? 結(jié)束語

在信息技術(shù)高度發(fā)達(dá)的今天，有瑕疵或錯誤的試題也在快速、廣泛地傳播，因此，命題的科學(xué)性、嚴(yán)謹(jǐn)性顯得特別重要。在核心素養(yǎng)視角下，高中物理的命題要求是：有真實的情境——落實模型建構(gòu)思維，有恰當(dāng)?shù)膯栴}設(shè)置——有效考查能力與素養(yǎng)，有規(guī)范、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)谋磉_(dá)——適合閱讀和思考。命制題目的每個環(huán)節(jié)都是技術(shù)與藝術(shù)的融合，在命制過程中有許許多多意想不到的“坑”，限于篇幅不能一一舉例說明，謹(jǐn)以此文拋磚引玉，使得命題不犯錯，也使得學(xué)生不要將時間浪費在錯題或廢題上。

參考文獻(xiàn)：

[1]渠雷雷，趙永樂.命制電磁感應(yīng)習(xí)題應(yīng)注重自洽性檢驗[J].中學(xué)物理，2016，34（03）：16-17.

[2]丁佐建.題設(shè)條件的重復(fù)設(shè)置和自洽性研究——對一類電磁感應(yīng)習(xí)題的深度剖析[J].教學(xué)月刊中學(xué)版（教學(xué)參考），2013（6）：62-65.

[3]張前軍.談導(dǎo)體棒切割磁感線運動問題的命制[J].物理教學(xué)，2011，33（10）：40-41.

（欄目編輯? ? 陳? 潔）