2015年高考物理試題情境分析

馮 楠 王 林

(寧夏大學(xué)物理電氣信息學(xué)院 寧夏 銀川 750021)

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2015年高考物理試題情境分析

馮 楠 王 林

(寧夏大學(xué)物理電氣信息學(xué)院 寧夏 銀川 750021)

2015年高考物理試題注重通過設(shè)計(jì)真實(shí)性的實(shí)際問題情境來考查學(xué)生的知識與技能、過程與方法、情感態(tài)度與價值觀.本文對全國13套高考物理試題的情境設(shè)計(jì)展開分析，分為“生活情境”、“科技情境”和“體育情境”等，這些情境設(shè)計(jì)的特點(diǎn)將在新一輪高三物理教學(xué)中對教師的教學(xué)行為和學(xué)生的學(xué)習(xí)方式轉(zhuǎn)變有著積極的導(dǎo)向作用.

高考物理 情境設(shè)計(jì) 生活情境

1 引言

高考試題著重考查學(xué)生知識、能力和科學(xué)素養(yǎng)，注重理論聯(lián)系實(shí)際，注重科學(xué)技術(shù)、社會和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的聯(lián)系，注重物理知識在生產(chǎn)和生活等方面的廣泛應(yīng)用.高考試題考核的重點(diǎn)沒有孤立地對基礎(chǔ)知識和基本技能進(jìn)行簡單測試，而是通過設(shè)計(jì)真實(shí)性的實(shí)際問題情境，對學(xué)生的知識與技能、過程與方法、情感態(tài)度與價值觀進(jìn)行全面有效的考核，尤其突出對學(xué)生分析和解決實(shí)際問題能力的考核.近年來高考物理試題常以生活、科技、體育等情境為背景，在題目中給出從實(shí)際問題中分解、簡化、抽象成的物理模型，學(xué)生根據(jù)實(shí)際問題和物理模型運(yùn)用物理知識和數(shù)學(xué)知識解釋或解決問題.高考試題考核的方式要求學(xué)生能獨(dú)立完成現(xiàn)場學(xué)習(xí)，接收和選擇新信息，聯(lián)想類比，進(jìn)行新、舊信息的聯(lián)系與提取，進(jìn)而建立模型，解決問題.表1給出了2015年高考物理試題的情境分析.

表1 2015年高考物理試題的情境分析

續(xù)表

2 源于生活情境題目舉例

物理現(xiàn)象普遍存在于人類的生產(chǎn)、生活實(shí)踐以及自然現(xiàn)象中.以學(xué)生的生活實(shí)踐、學(xué)習(xí)過程中實(shí)際遇到的問題為背景編制物理試題，是高考試題的重要來源之一，大量的高考試題來源于此.體現(xiàn)了新課程標(biāo)準(zhǔn)所倡導(dǎo)的“從生活走向物理，從物理走向社會” 的理念.

A.8 B.10 C.15 D.18

答案：B，C.

解析：如圖1所示，假設(shè)掛鉤P和Q東邊有x節(jié)車廂，西邊有y節(jié)車廂，每節(jié)車廂質(zhì)量為m.當(dāng)向東行駛時，以y節(jié)車廂為研究對象，則有

F=mya

當(dāng)向西行駛時，以x節(jié)車廂為研究對象，則有

聯(lián)立兩式有

可見，列車總節(jié)數(shù)

設(shè)x=3n(n=1,2,3，…)，則N=5n，故可知選項(xiàng)B和C正確.

圖1

評析：本題考查了牛頓第二定律的應(yīng)用.情境來源于生活且不偏不怪，較好地考查了考生應(yīng)用知識解決實(shí)際問題的能力.恰當(dāng)選取研究對象，充分利用數(shù)學(xué)知識分析推理，是解題的關(guān)鍵，題目難度適中，區(qū)分度很好.

【例2】(四川卷第9題)嚴(yán)重的霧霾天氣，對國計(jì)民生已造成了嚴(yán)重的影響，汽車尾氣是形成霧霾的重要污染源，“鐵腕治污”已成為國家的工作重點(diǎn).地鐵列車可實(shí)現(xiàn)零排放，大力發(fā)展地鐵，可以大大減少燃油公交車的使用，減少汽車尾氣排放.

若一地鐵列車從甲站由靜止啟動后做直線運(yùn)動，先勻加速運(yùn)動20 s達(dá)到最高速度72 km/h，再勻速運(yùn)動80 s，接著勻減速運(yùn)動15 s到達(dá)乙站停住.設(shè)列車在勻加速運(yùn)動階段牽引力為1×106N，勻速階段牽引力的功率為6×103kW，忽略勻減速運(yùn)動階段牽引力所做的功.

(1)求甲站到乙站的距離；

(2)如果燃油公交車運(yùn)行中做的功與該列車從甲站到乙站牽引力做的功相同，求公交車排放氣體污染物的質(zhì)量.(燃油公交車每做1 J功排放氣體污染物3×10-6g)

答案：(1)1 950 m;(2)2.04 kg.

解析：(1)設(shè)列車勻加速直線運(yùn)動階段用的時間為t1，距離為s1；在勻速直線運(yùn)動階段所用的時間為t2，距離為s2，速度為v；在勻減速運(yùn)動階段所用的時間為t3，距離為s3；甲站到乙站的距離為s．則

(1)

s2=vt2

(2)

(3)

s=s1+s2+s3

(4)

由式(1)～(4)聯(lián)立，并代入數(shù)據(jù)解得

s=1 950 m

(5)

(2)設(shè)列車在勻加速直線運(yùn)動階段的牽引力為F，所做的功為W1；在勻速直線運(yùn)動階段牽引力的功率為P，所做的功為W2．設(shè)燃油公交車做與該列車從甲站到乙站相同的功W，將排放氣態(tài)污染物質(zhì)量為M．則

W1=Fs1

(6)

W2=Pt2

(7)

W=W1+W2

(8)

M=(3×10-9kg·J-1)·W

(9)

聯(lián)立式(1)、(6)～(9)并代入數(shù)據(jù)得

M=2.04 kg

(10)

評析：解答此類試題要弄清物理知識與社會問題的銜接點(diǎn)，靈活地運(yùn)用所學(xué)知識去解決題設(shè)問題.本題采用社會的熱點(diǎn)問題——霧霾為情境，情境立意高、考查的知識點(diǎn)低，能體現(xiàn)時代特征.教學(xué)要旨在引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注生活中的小事以及社會熱點(diǎn)問題，熱愛科學(xué)知識.

3 源于科學(xué)技術(shù)情境題目舉例

物理知識來源于生活，服務(wù)于社會.試題必須注意聯(lián)系科學(xué)技術(shù)的前沿，聯(lián)系技術(shù)應(yīng)用帶來的社會進(jìn)步，引導(dǎo)學(xué)生理解物理對社會經(jīng)濟(jì)、科技發(fā)展產(chǎn)生的積極作用，關(guān)注國家、社會的發(fā)展和進(jìn)步.

【例3】(江蘇卷第13題)做磁共振(MRI)檢查時，對人體施加的磁場發(fā)生變化時會在肌肉組織中產(chǎn)生感應(yīng)電流.某同學(xué)為了估算該感應(yīng)電流對肌肉組織的影響，將包裹在骨骼上的一圈肌肉組織等效成單匝線圈，線圈的半徑r=5.0 cm，線圈導(dǎo)線的截面積A=0.80 cm2，電阻率ρ=1.5 Ω·m.如圖2所示，勻強(qiáng)磁場方向與線圈平面垂直，若磁感應(yīng)強(qiáng)度B在0.3 s內(nèi)從1.5 T均勻地減為零，求(計(jì)算結(jié)果保留一位有效數(shù)字)：

(1)該圈肌肉組織的電阻R；

(2)該圈肌肉組織中的感應(yīng)電動勢E；

(3)0.3 s內(nèi)該圈肌肉組織中產(chǎn)生的熱量Q.

圖2

解析：(1)由電阻定律

代入數(shù)據(jù)得

R=6×103Ω

(2)感應(yīng)電動勢

代入數(shù)據(jù)得

E=4×10-2V

(3) 由焦耳定律

代入數(shù)據(jù)得

Q=8×10-8J

點(diǎn)評：本題以較新的物理情境充分展現(xiàn)了物理學(xué)在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用，通過情境設(shè)計(jì)問題考查電阻定律、法拉第電磁感應(yīng)定律和焦耳定律，題目容易但立意很高.

【例4】(全國新課標(biāo)Ⅰ第21題)我國發(fā)射的“嫦娥三號”登月探測器靠近月球后，先在月球表面附近的近似圓軌道上繞月運(yùn)行；然后經(jīng)過一系列過程，在離月面4 m高處做一次懸停(可認(rèn)為是相對于月球靜止)；最后關(guān)閉發(fā)動機(jī)，探測器自由下落.已知探測器的質(zhì)量約為1.3×103kg，地球質(zhì)量約為月球的81倍，地球半徑為月球的3.7倍，地球表面的重力加速度大小約為9.8 m/s2.則此探測器

A．在著陸前瞬間，速度大小約為8.9 m/s

B．懸停時受到的反沖作用力約為2×103N

C．從離開近月圓軌道到著陸這段時間內(nèi)，機(jī)械能守恒

D．在近月圓軌道上運(yùn)行的線速度小于人造衛(wèi)星在近地圓軌道上運(yùn)行的線速度

答案：B,D.

解析：星球表面萬有引力提供重力即

重力加速度

地球表面

則月球表面

則探測器重力

選項(xiàng)B對.探測器做自由落體運(yùn)動，末速度

選項(xiàng)A錯.關(guān)閉發(fā)動機(jī)后，僅在月球引力作用下機(jī)械能守恒，而離開近月軌道后還有制動懸停，所以機(jī)械能不守恒，選項(xiàng)C錯.近月軌道即萬有引力提供向心力

小于近地衛(wèi)星線速度，選項(xiàng)D對.

評析：本題以“ 嫦娥三號”登月探測器為背景，試題的特點(diǎn)在于情境材料與時俱進(jìn)，注重高科技領(lǐng)域的知識與高中物理知識的銜接，使試題內(nèi)容不斷保持先進(jìn)性和時代性.讓學(xué)生感到科學(xué)技術(shù)真是日新月異，從而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的熱情和愛國主義熱情.

4 源于體育運(yùn)動題目舉例

體育比賽及游樂活動必然涉及力與運(yùn)動，因此，體育比賽及游樂活動常成為力學(xué)試題的背景.

圖3

【例5】(浙江卷第17題)圖3所示為足球球門，球門寬為L，一個球員在球門中心正前方距離球門s處高高躍起，將足球頂入球門的左下方死角(圖中P點(diǎn)).球員頂球點(diǎn)的高度為h．足球做平拋運(yùn)動(足球可看做質(zhì)點(diǎn)，忽略空氣阻力),則

答案:B.

解析:由幾何知識得足球的位移

選項(xiàng)A錯誤.足球做平拋運(yùn)動有

解得

選項(xiàng)B正確.足球末速度大小為

選項(xiàng)C錯誤.足球初速度的方向與球門線夾角的正切值

選項(xiàng)D錯誤.

評析：此題以生活中的足球運(yùn)動為話題，引導(dǎo)學(xué)生走進(jìn)現(xiàn)實(shí)世界，體驗(yàn)生活，將課內(nèi)學(xué)到的知識向課外延伸.

【例6】(江蘇卷第5題)如圖4所示，某“闖關(guān)游戲”的筆直通道上每隔8 m設(shè)有一個關(guān)卡，各關(guān)卡同步放行和關(guān)閉，放行和關(guān)閉的時間分別為5 s和2 s.關(guān)卡剛放行時，一同學(xué)立即在關(guān)卡1處以加速度2 m/s2由靜止加速到2 m/s，然后勻速向前，則最先擋住他前進(jìn)的關(guān)卡是

A．關(guān)卡2 B．關(guān)卡3

C．關(guān)卡4 D．關(guān)卡5

答案:C.

圖4

解析：加速運(yùn)動時間

加速運(yùn)動位移

到第2關(guān)卡勻速運(yùn)動的時間

所以到達(dá)第2關(guān)卡的時刻(從開始運(yùn)動計(jì)時)為T2=4.5 s<5 s，放行；從第2關(guān)卡到第3關(guān)卡勻速運(yùn)動時間

所以到達(dá)第3關(guān)卡的時刻(從開始運(yùn)動計(jì)時)為T3=8.5 s，7 s<8.5 s<12 s，也是放行.從第3關(guān)卡到第4關(guān)卡勻速運(yùn)動時間仍然是4 s，所以到達(dá)第4關(guān)卡的時刻(從開始運(yùn)動計(jì)時)為T3=12.5 s，12 s <12.5 s<14 s，被擋住.

評析：本題以“闖關(guān)游戲”為背景，試題的特點(diǎn)在于情境材料與競技體育相聯(lián)系，生動、活潑、新穎，便于激發(fā)學(xué)生的求知欲望.考查勻變速直線運(yùn)動的規(guī)律，題目難度中等.

5 結(jié)語

以上幾例以日常生活的小事,社會熱點(diǎn)問題，科學(xué)技術(shù)在醫(yī)學(xué)、航空航天中的應(yīng)用及體育運(yùn)動為背景,考查學(xué)生觀察能力，運(yùn)用所學(xué)知識解決實(shí)際生活中問題的能力.展現(xiàn)“生活處處皆物理，留心觀察皆學(xué)問”的特點(diǎn)，試題的情境設(shè)計(jì)來源于學(xué)生熟悉或熟知的生活現(xiàn)象，讓學(xué)生真正感到物理知識的重要性.

高考物理中，情境作為承載試題的主要載體，它的設(shè)計(jì)凸顯了新穎、生動的特點(diǎn)，有效地蘊(yùn)含了對學(xué)生能力和素質(zhì)的測試，適應(yīng)物理課程改革發(fā)展的要求.物理教師要關(guān)注和學(xué)習(xí)，貫穿到日常的教學(xué)策略和行為中，有效地達(dá)到新課程標(biāo)準(zhǔn)、高考大綱的要求.

1 《高考復(fù)習(xí)大綱》編寫組.2015年全國新課標(biāo)高考物理考試大綱.拉薩:西藏人民出版社,2015

2 中華人民共和國教育部制訂.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn).北京:人民教育出版社,2003

*國家科技部項(xiàng)目，項(xiàng)目編號：2011DFA11780；教育廳科研項(xiàng)目，項(xiàng)目編號：NGY2013012

2015-10-14)