抓住基本模型 注重思維整合
———以京師AI聯(lián)考試題為例談物理模型考題的特點和復習策略

◇ 北京 吳愛兄 張國玉 宋金萍(特級教師)

(作者單位:北京市陳經綸中學)

2016年以來,國家考試中心提出了“一核四層四翼”的命題思路,希望圍繞一個核心借助四層四翼來構建高考命題體系.其中四層是:必備知識、關鍵能力、學科素養(yǎng)和核心價值.因此,以核心主干知識為載體,突出考查學生科學思維能力的考題成了近幾年高考試題的主旋律,對學科中基礎模型的多角度設問和對典型模型的創(chuàng)新思考成了近幾年高考題的最大特點.京師AI聯(lián)考試題在這方面也做了許多嘗試.本文以聯(lián)考試題為例談談這類考題的特點和復習策略.

1 基礎模型的多角度設問

一直以來,高考選擇題主要是以物理主干知識作為命題的重點,如勻變速直線運動、勻速圓周運動、牛頓運動定律、動量定理、動能定理、功能關系、萬有引力定律、電勢差與電場強度的關系、電磁感應定律、楞次定律、法拉第電磁感應定律等.考試大綱的必考內容中有一級考點43個,二級考點29個.而高考選擇題共8道,因而想在同一情境考查多個考點,就需要從多個角度設問,這是近幾年眾多考題的一大特點.

【原題呈現(xiàn)1】如圖1所示,在豎直向下的磁感應強度為B 的勻強磁場中,兩根足夠長的光滑平行金屬導軌固定在水平面內,相距為l,電阻不計.軌道左側連接一阻值為R 的定值電阻.質量為m、電阻不計的導體棒ab 垂直放在導軌上,施加大小為F 的水平恒力,使導體棒ab 從靜止開始沿導軌運動,經過時間t,導體棒通過的位移為x,速度為v,整個運動過程中導體棒ab 與導軌接觸良好.關于這一過程,下列說法正確的是( ).

圖1

A.導體棒ab 做勻加速直線運動

B.導體棒ab 的動能變化量為Fx

C.導體棒ab 的動量變化量為Ft

【總結反思】本題考查的是學生熟知的電磁感應中的單桿切割模型,4個選項涉及力和運動、功和能、動量和沖量、能量守恒和焦耳定律等多個考點.要想正確解答此題,一方面要準確理解物理規(guī)律的確切含義和適用條件,能夠鑒別關于概念和規(guī)律的似是而非的說法.另一方面也要嘗試從多個角度來分析基本模型,建構物理規(guī)律之間的內在聯(lián)系.

【復習啟示】認真研究歷年高考題我們會發(fā)現(xiàn),高考考查的具體知識、情境、處理問題的方法和知識載體在不斷變化,但是對于核心概念、經典情境、思維策略和五種能力的考查是永恒不變的.因此,對于同一種情境的多角度考查總是以典型模型為載體,以基本思維策略為線索,考查學生對核心概念、規(guī)律的深入理解.所以在二輪復習中,我們要注意以下策略.

1)準確把握物理規(guī)律之間的內在聯(lián)系

在高中物理中,我們學習認識了眾多物理概念、定理、定律,但歸納起來,經典物理學中的核心規(guī)律只有6個.它們是力的瞬時作用規(guī)律、力對時間積累規(guī)律(動量定理)、力對空間積累規(guī)律(動能定理)、動量守恒定律、機械能守恒定律和能量守恒定律.它們的關系如圖2所示.

其中,前3個是針對單質點或可視為單質點的質點系的規(guī)律,后3個是針對系統(tǒng)的規(guī)律.每一種基本物理模型都可以運用這些核心規(guī)律加以描述,所以在后期的復習中應轉變以掌握知識為主的學習觀念,注重知識體系的構建,特別重視在構建過程中物理思維能力的培養(yǎng),領會物理學的思想方法.

圖2 經典牛頓力學規(guī)律體系

2)熟練掌握典型問題的思考路徑

物理學中的每一種規(guī)律在運用時都應遵循一定的思維操作規(guī)范.例如我們處理例題中電磁感應綜合問題的一般思維流程如圖3所示.

圖3

熟練掌握典型問題的思考路徑其實是幫我們梳理思考問題的切入點和建立解決問題的方法,有助于我們在分析新情境問題時盡快厘清問題的關鍵點.

3)關注經典問題的變式思考

變式是指在認識事物屬性的過程中,不斷變更所提供材料或事例的呈現(xiàn)形式,使本質屬性保持穩(wěn)定而非本質屬性不斷變化,從而產生新的問題情境.用不同的方法去思考,加深對于概念的理解,高考試題中對經典問題的解決常常需要采取“變式”的思維方式.

例如,對于電磁感應的單桿切割就存在表1中的三種變式,每一種變式的呈現(xiàn)形式不同,其運動情境不同,但是處理問題的基本策略卻是相同的.

表1

2 典型情境的創(chuàng)新思考

隨著課程改革的不斷推進,高考考查的方向也在不斷變化,力求使不同層次的學生都有展現(xiàn)自我的機會.試題注重基礎性,低起點、多臺階,強調對物理基本概念的準確理解,注重對主干知識和基礎知識的考查;試題注重創(chuàng)新性,呈現(xiàn)方式新、考核角度新.這種試題往往從學生的熟知情境出發(fā),考查學生的遷移創(chuàng)新能力.

【原題呈現(xiàn)2】氦核的質量是氘核質量的2倍,氦核所帶電荷量是氘核所帶電荷量的2 倍,氦核以9.0×102m·s－1的速度向靜止的氘核飛去.由于庫侖斥力,它們之間的距離縮小到某一極限后又被彈開,然后各自以新的速度做勻速直線運動.設作用前后它們的軌跡都在同一直線上,根據以上信息,判定下列說法正確的是( ).

A.它們相距最近時,氦核與氘核的速度分別為0、1800m·s－1

B.它們相距最近時,氦核與氘核的速度分別為600m·s－1、600m·s－1

C.它們彈開后,氦核與氘核的速度分別為300m·s－1、1200m·s－1

D.它們彈開后,氦核與氘核的速度分別為100m·s－1、1600m·s－1

設氘核質量為m,氦核質量為2m,氦核的初速度v＝9.0×102m·s－1.由它們之間的距離縮小到某一極限即它們相距最近,二者共速.根據動量守恒定律可知2mv0＝(2m＋m)v共,代入數據可得v共＝600m·s－1,可知B 正確.兩者碰撞為彈性碰撞(彈性碰撞模型),分開后有2mv0＝2mv1＋mv2,代入數據得v1＝300m·s－1,v2＝1200m·s－1,可知C正確.

【總結反思】本題的“新”在于將碰撞模型與微觀粒子間的相互作用相結合.動量守恒定律是高中階段的重要規(guī)律,學生熟悉力學情境下的碰撞問題,但多數同學不能把它遷移到微觀粒子間的相互作用中,缺少的是知識之間的并聯(lián)建構和系統(tǒng)整合能力與遷移應用能力.

【復習啟示】這類試題“新”在哪里? 一是熟悉情境的新穎設問;二是熟悉情境的深度分析.這就要求我們在后期復習中對典型情境進行分析并歸類.

1)關注跨主題的物理模型整合

二輪復習的重點是“整合”.整合什么? 首先要整合知識,突出主干知識;其次要整合方法,突出常規(guī)方法;更重要的是整合思路,突出常規(guī)思路.這就要求我們對跨主題的知識進行橫向梳理.例如針對動量守恒的情境,復習時就可以將不同主題下的動量守恒問題做一梳理:力學主題下的碰撞模型、彈簧模型、板塊模型、人船模型;電學主題下的僅受庫侖力的兩孤立點電荷模型、電磁感應中的雙桿模型;近代物理主題下的衰變、裂變模型等.通過這樣的橫向梳理可以使我們的認知結構清晰化、概括化和系統(tǒng)化,便于知識之間的遷移應用.

2)關注同一主題的不同規(guī)律

跨主題的模型歸類,更多的是培養(yǎng)思維的發(fā)散性,而同一主題的不同歸類則培養(yǎng)思維的嚴謹性與深刻性.例如,動量守恒的碰撞模型與板塊模型在不同的問題情境中遵循的物理規(guī)律是不同的.如圖4的4個情境雖然都是動量守恒卻各有差異.

圖4

在后期的復習中我們要注重對同一主題的不同規(guī)律進行縱向梳理,如圖5所示就是對碰撞、反沖、爆炸模型的梳理.

圖5

這樣的對比分析和綜合比較有利于我們牢固并完善掌握所學知識,加深對規(guī)律的理解,拓展處理問題的策略.

總之,高三物理復習應該改變傳統(tǒng)的復習方法,避免強調題海戰(zhàn)術、對知識點的僵化式復習,放棄偏難怪的題目.注重對題型的整理歸類,對基本模型的提煉,注重對各類題目核心考點的提煉,這樣的復習將有助于提升學生分析問題、解決問題的能力,提高思維水平,從而提高復習效率.