基于知識 立于能力 顯現(xiàn)素養(yǎng)
——2018天津高考物理壓軸題的多種解法分析

胡小波

(江蘇省泰州市姜堰區(qū)婁莊中學 225506)

高考物理壓軸題常常以所涉知識點多、綜合性強、能力要求高和顯現(xiàn)出較高的區(qū)分度等特點而呈現(xiàn)，命題者試圖通過壓軸題的“基于知識、立于能力、顯現(xiàn)素養(yǎng)”的考查理念，精心布局，巧妙設問，達到選拔優(yōu)質人才的目的，2018天津高考物理試題也是如此.

一、試題

如圖1所示是某種動力系統(tǒng)的簡化模型，電阻不計且光滑的兩相距l(xiāng)的平行金屬導軌被固定在水平面上(圖中粗實線所示)，長l、電阻R的金屬棒ab和cd均與導軌相垂直，用絕緣材料將兩金屬棒固定在列車底部，并與導軌良好接觸，其間距也為l，列車的總質量為m.列車啟動前，ab、cd處于磁感應強度為B的勻強磁場中，磁場方向垂直于導軌平面向下，如圖1所示，將電動勢為E的直流電源接入M、N間時，列車便啟動運行，不考慮直流電源的內阻及導線電阻，列車正常啟動后電源自動關閉.現(xiàn)欲使得列車減速至停止，需在前方設置如圖2所示的一系列分布不連續(xù)的、磁感應強度為B的有界勻強磁場區(qū)域，磁場寬度和相鄰磁場間距均大于l.假設某時刻列車的速度為v0，此時ab、cd均在無磁場區(qū)域，試討論：要使列車停下來，前方至少需要多少塊這樣的有界磁場？

二、分析

固定在列車下方的雙金屬桿在磁場中單獨切割磁感線運動時，回路中會產(chǎn)生感應電流，又金屬桿會受阻礙相對切割運動的安培力作用而作減速運動，因其安培力大小與運動的速度有關，故而整個運動非勻減速直線運動，因而自速度v0至停止運動的距離并不能直接求出，下面從動量定理及動能定理兩角度予以剖析.

1.牛頓運動定律之平均加速度法

2.動量定理之通式通法

3.動量定理之微元法

取向右方向為正方向，將金屬棒cd進入磁場至恰好停止運動整個過程中時間Δt分割為n個無限小的時間間隔Δt1、Δt2、Δt3、……，Δtn,由動量定理得，

Δt1內：-BI1l·Δt1=mv1-mv0、

Δt2內： -BI2l·Δt2=mv2-mv1

Δt3內：-BI3l·Δt3=mv3-mv2、

……、

海歸新生代學成歸來后，為了融入中國土壤，要先了解什么是中國的親緣與地緣文化，為什么親緣與地緣在中國這么受重視。中國情境下，做事只注重目的性是行不通的，需要有一份醉翁之意不在酒的釋然。詳見圖2-1。

Δtn內：-BInl·Δtn=0-mvn-1

將以上各式相加可得：-Bl(I1Δt1+I2Δt2+I3Δt3+...+InΔtn)=0-mv0，因I1Δt1+I2Δt2+I3Δt3+...+InΔtn=q

4.動能定理之積分法

三、四種解法比較

1.突出“主干知識”角度

四種解法所涉物理主干知識的分析比較如表1所示.

表1

2.立意“ 相關能力”角度

四種解法所需主要能力的分析比較如表2所示.

表2

課程標準倡導的三維目標之一的知識與能力目標，關注的不僅僅是知識層面，而是“基于知識，立于能力”，目的是通過知識規(guī)律的學習練就運用知識解決實際問題的能力.知識與能力往往相互融合、相互促進、融為一體.

試題以真空管道超速列車的動力系統(tǒng)為問題背景，考查學生應用物理知識解決具體問題的能力，當然問題的解決應結合具體的情境，用物理知識解決實際問題的能力高低往往取決于學生將情境與知識相聯(lián)系的水平，本例設置的“剎車至停止所需有界磁場的塊數(shù)計算”一問，便是考查學生在具體的情境中如何將知識轉化為問題解決的能力所在.

試題的四種解法都觸及諸如“知識認知理解能力、規(guī)律分析綜合能力、運用知識解決問題能力和模型構建能力”，命題者試圖通過“以知識為載體，遷移考查能力為核心的”形式加大區(qū)分度.除此之外，解法一加強了對平均加速度的考查運用，解法二和解法三都以動量定理為核心解決問題，解法四則從功能角度處理問題，其中滲透了積分的思想方法，對學生的數(shù)學水平要求較高.

3.顯現(xiàn)“核心素養(yǎng)”角度

四種解法所顯現(xiàn)的核心素養(yǎng)分析比較如表3所示.

表3

新的課程標準強調學生物理觀念、科學思維、科學探究和科學態(tài)度與責任等核心素養(yǎng)的形成，試題在物理觀念和科學思維兩大素養(yǎng)上體現(xiàn)得淋漓盡致，具體表現(xiàn)在四種解法上分析如下：

物理觀念素養(yǎng)方面，解法一、解法二和解法三都是建立在運動觀及相互作用觀角度分析解決問題的，解法一的牛頓運動定律的運用求解屬經(jīng)典的動力學問題，解法二和解法三的動量定理法本質上是力對時間的積累效果，它們均與新課程標準中核心素養(yǎng)之物理觀念素養(yǎng)相呼應，解法四則從功能角度入手，體現(xiàn)了對核心素養(yǎng)中的能量觀達成的考查.

科學思維素養(yǎng)方面，試題中的雙金屬棒在磁場中單獨切割磁感線時相當于電源，這便是模型建構的關鍵所在，通過整合電磁感應規(guī)律、歐姆定律、安培力算法、牛頓運動定律、動量定理和動能定理等知識科學的推理出究竟需要幾塊有界磁場，這便是科學推理的顯現(xiàn)，其中微元法、積分法的靈活運用彰顯出科學方法的考查.

課程標準走過了由雙基目標——三維目標——核心素養(yǎng)的發(fā)展歷程，其核心理念漸趨成熟，為打造一“全面發(fā)展的人”而不懈努力，當然，作為肩負著“高中生學業(yè)水平評價和為高校選拔優(yōu)質生源”雙重任務的高考也一直與時俱進，呼應著課程標準不斷發(fā)展的核心理念，2018天津高考物理壓軸題就以其“基于知識、立于能力、顯現(xiàn)素養(yǎng)”的特色出色的完成了對高中生學業(yè)水平評價和為高校選拔優(yōu)質生源的雙重任務，實則是一道集知識、能力和核心素養(yǎng)考查于一體的妙題，讓人拍手叫好.