突出核心規(guī)律 強化關鍵能力
——2020年北京高考物理第19題解法分析

時子豪 張石友 黎嬌娥

(北京市第一七一中學，北京 100013)

北京高考物理試題一直堅持“走大道、求大氣”,拒絕“偏難怪”和“假大空”．命題突出學科主干知識、核心規(guī)律、重要方法,注重創(chuàng)新情景的設計,將理論知識與實際生產(chǎn)生活緊密結合,讓試題更具有“人味兒”、“生活味兒”．在新課程改革以及2020年北京新高考命題中,將邏輯推理,信息加工,模型建構等關鍵能力,作為高中物理的重要考查能力,通過試題凸顯出對學科必備知識和關鍵能力的考查,提升學生的綜合素養(yǎng)．本文以2020年北京高考物理試題中的一道計算題為例,展開案例研究,談談北京新高考中是如何考查物理核心規(guī)律與學科關鍵能力的．

1 試題展示

[2020年北京高考(等級考)物理試卷第19題]如圖1(甲)所示,真空中有一長直細金屬導線MN,與導線同軸放置一半徑為R的金屬圓柱面．假設導線沿徑向均勻射出速率相同的電子,已知電子質量為m,電荷量為e．不考慮出射電子間的相互作用．

圖1

(1) 可以用以下兩種實驗方案測量出射電子的初速度

a. 在柱面和導線之間,只加恒定電壓;

b. 在柱面內,只加與MN平行的勻強磁場．

當電壓為U0或磁感應強度為B0時,剛好沒有電子到達柱面．分別計算出射電子的初速度v0．

(2) 撤去柱面,沿柱面原位置放置一個弧長為a、長度為b的金屬片,如圖1(乙)所示．在該金屬片上檢測到出射電子形成的電流為I,電子流對該金屬片的壓強為p．求單位長度導線單位時間內出射電子的總動能．

2 試題分析

2.1 命題意圖

物理學科核心素養(yǎng)中的一個非常重要方面是科學思維．實際研究的問題和研究對象往往比較復雜,影響的因素較多,物理學上在解決問題時,需要抓住主要因素,忽略次要因素,對實際問題進行理想化處理,建立起能夠描述客觀事物本質的抽象的物理模型,構建理想化模型是物理學最重要的研究方法之一,也是物理學的核心學科特色,具有非常重要的研究價值．[1]本題注重考查了學生構建模型的能力,在給定的問題情境中,基于熟悉的物理模型,引導學生深入思考,建立模型,以及利用重要的物理規(guī)律去解決實際問題,促進學生模型建構能力的題培養(yǎng)和提升．

圖2

2.2 試題解析

圖3

本題第2問的情景雖然較為新穎,但抽化出來的物理模型對于學生其實并不陌生,早在2013年北京高考最后一道計算題就出現(xiàn)過,在2020年3月份北京市適應性統(tǒng)測中也作為最后一道計算題壓軸出場,因此對于知識水平和能力水平較為不錯的學生,應很快能夠找到本問的考點以及主要解題方法,即考查模型構建能力和物理核心規(guī)律——動量定理．本問的第一個難點是確定電子的運動模型,有部分學生受之前做過題目的影響,認為電子會反彈,建立了彈性碰撞模型,或進行討論Δp=kmv．但根據(jù)題目情景金屬片上檢測到出射電子形成的電流,說明電子到達金屬板后由于與金屬板發(fā)生相互作用,導致其速度應減為0．題目已知電子流對金屬片的壓強為p,可求金屬片接收到的電子數(shù)目,但題干設問需求導線出射電子的數(shù)目,因此本問第二個難點是如何建立模型通過接收到的電子數(shù)目求解單位長度單位時間導線發(fā)射出的電子數(shù)目,筆者提供以下5種思路和解法.

解法1:設單位面積單位時間金屬板接收的電子數(shù)目為n,

由題意I=n·ab·e；

電子對金屬板的撞擊過程,設時間Δt,根據(jù)動量定理p·ab·Δt=n·ab·Δt·mv0；

圖4

解法2:設單位體積單位時間金屬板接收的電子數(shù)目為n,

由題意I=n·ab·v0·e；

根據(jù)動量定理

p·ab·Δt=n·ab·v0·Δt·mv0;

解法3:設單位長度單位時間金屬板接收的電子數(shù)目為n,

根據(jù)動量定理

解法4:設單位時間金屬板接收的電子數(shù)目為n,

由題意I=n·e，

根據(jù)動量定理p·ab·Δt=n·Δt·mv0;

解法5:設Δt時間內金屬板接收的電子數(shù)目為n,

根據(jù)動量定理p·ab·Δt=n·mv0;

3 教學啟示

2020年北京新高考命題所呈現(xiàn)出來的試題特點,給我們今后的教學以及高三復習備考一些有益的啟發(fā),促進教學效果的提升．關鍵能力的考查是以主干知識以及核心規(guī)律為載體,因此在教學和復習中,要注重對核心概念、規(guī)律的理解,要注重培養(yǎng)題目有效信息的分析能力、能基于物理狀態(tài)和過程構建物理模型的能力、能運用數(shù)學物理方法解決問題的能力等．即便一些題目的情景較為新穎,但總可以將其化簡為經(jīng)典的物理模型,因此平時習題的選取要偏重于提升科學思維,體會科學思想,讓學生在面對物理問題時,能快速、準確的將問題與知識建立起聯(lián)系并找到解決問題的方法．北京高考物理命題一直具有“北京特色”,這種回歸物理學科本質,立足于問題解決,以考查和強化學科必備知識和關鍵能力的命題,將對新課程教學改革起到積極的引導和推動作用,[2]將更加關注物理本質的教學,實現(xiàn)物理學科的育人價值．