近五年全國(guó)卷Ⅰ物理選修3-5模塊命題特點(diǎn)及教學(xué)啟示

陳洪軍

(江蘇省鎮(zhèn)江心湖高級(jí)中學(xué) 212132)

高中物理選修三系列教材中，3-5模塊主要研究動(dòng)量守恒、原子原子核及波粒二象性等內(nèi)容，在全國(guó)高考中的考查經(jīng)歷了由2016年及之前的選考發(fā)展到今天的必考，而且有與其他物理規(guī)律綜合交叉考查的發(fā)展趨勢(shì)，彰顯出國(guó)家層面對(duì)育理工人才、選拔科技人才的新的理念，因此，對(duì)高考試題中3-5模塊試題的分析研究顯得尤為必要，這里針對(duì)全國(guó)卷I近五年3-5部分的試題作一粗淺統(tǒng)計(jì)分析.

1 近五年全國(guó)卷Ⅰ 3-5模塊內(nèi)容考查統(tǒng)計(jì)

表1 近五年全國(guó)卷Ⅰ 3-5模塊內(nèi)容考查統(tǒng)計(jì)

由表中對(duì)近五年全國(guó)卷Ⅰ 3-5部分的考查統(tǒng)計(jì)不難發(fā)現(xiàn)以下規(guī)律：

(1)試題形式上看，3-5部分的考查囊括了填空、單項(xiàng)選擇、多項(xiàng)選擇及計(jì)算等幾乎所有形式的物理題型，且近年來(lái)越來(lái)越趨向于以計(jì)算題形式呈現(xiàn);

(2)題號(hào)上看，因2016及以前是選考題形式考查，2017及以后以必考題形式考查，故2016固定在第35題，而隨后的2017、2018、2019、2020在試卷中呈現(xiàn)的次序則從14至25不等，題號(hào)靈活多樣，不拘泥于35題一種題號(hào);

(3)從試題數(shù)目上看，近五年呈現(xiàn)出由2016的固定為全卷第35一道題發(fā)展至2017年的兩道題，再縮減至2018年的一道計(jì)算題，最后上升至2019和2020年的三道題，可謂一波三折，有增有減；

(4)從設(shè)問(wèn)數(shù)目來(lái)看，計(jì)算題均為多個(gè)小問(wèn)形式呈現(xiàn)，目的是增強(qiáng)考查面，使知識(shí)點(diǎn)盡可能多的覆蓋到;

(5)從考查內(nèi)容上看，以動(dòng)量定理、動(dòng)量守恒為高頻考點(diǎn)，其余如光電效應(yīng)、氫原子能級(jí)、核能等時(shí)有考查，且動(dòng)量守恒的考查由過(guò)去的單獨(dú)命題考查，發(fā)展至與機(jī)械能守恒、動(dòng)能定理等必修系列內(nèi)容的綜合滲透考查；

(6)分值上看，3-5模塊在高考中的分值占比由16年的15分降至17年的12分，再回升至2018年的14分，而2019年卻高達(dá)32分之多，2020年最多為35分，顯然，全國(guó)卷Ⅰ對(duì)3-5模塊的考查變得越發(fā)重視，試題綜合性程度變強(qiáng)、所涉物理定律、定理變多，所占分值也隨之變大.

2 典型試題剖析

2.1 光電效應(yīng)的考查

例1(2016全國(guó)卷Ⅰ)現(xiàn)用一光電管進(jìn)行光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，當(dāng)用某一頻率的光入射時(shí)，有光電流產(chǎn)生.下列說(shuō)法正確的是____.

A．保持入射光的頻率不變，入射光的光強(qiáng)變大，飽和光電流變大

B．入射光的頻率變高，飽和光電流變大

C．入射光的頻率變高，光電子的最大初動(dòng)能變大

D．保持入射光的光強(qiáng)不變，不斷減小入射光的頻率，始終有光電流產(chǎn)生

E．遏止電壓的大小與入射光的頻率有關(guān)，與入射光的光強(qiáng)無(wú)關(guān)

命題意圖本例以多項(xiàng)選擇的形式考查學(xué)生對(duì)光電效應(yīng)發(fā)生條件、光電子最大初動(dòng)能和飽和光電流的影響因素及遏止電壓等光電效應(yīng)規(guī)律的理解.

試題解析答案：ACE

2.2 氫原子能級(jí)的考查

例2 (2019全國(guó)卷Ⅰ)氫原子能級(jí)示意圖如圖1所示.光子能量在1.63 eV～3.10 eV的光為可見(jiàn)光.要使處于基態(tài)(n=1)的氫原子被激發(fā)后可輻射出可見(jiàn)光光子，最少應(yīng)給氫原子提供的能量為( ).

A．12.09 eV B．10.20 eV

C．1.89 eV D．1.5l eV

命題意圖試題給出氫原子能級(jí)圖及可見(jiàn)光光子能量范圍，考查學(xué)生對(duì)原子躍遷條件、原子發(fā)光頻率條件等玻爾假設(shè)的理解.

圖1

試題解析處于基態(tài)的氫原子其能量為-13.6eV，當(dāng)其躍遷到量子數(shù)為2的能量狀態(tài)時(shí)，至少要向其提供-3.40eV-(-13.6eV)=12.09eV能量，而后其可向基態(tài)躍遷，輻射出可見(jiàn)光光子.

2.3 核能計(jì)算的考查

A．3.7MeV B．3.3MeV

C．2.7MeV D．0.93MeV

命題意圖試題給出了核聚變的經(jīng)典核反應(yīng)方程式，要求學(xué)生計(jì)算所釋放的核能，旨在考查學(xué)生運(yùn)用質(zhì)量虧損法計(jì)算核能的能力.

試題解析核能為△E=3.2585MeV≈3.3MeV,選項(xiàng)B正確.

2.4 動(dòng)量定理的考查

例4(2016全國(guó)卷Ⅰ)某游樂(lè)園入口旁有一噴泉，噴出的水柱將一質(zhì)量為M的卡通玩具穩(wěn)定地懸停在空中.為計(jì)算方便起見(jiàn)，假設(shè)水柱從橫截面積為S的噴口持續(xù)以速度v0豎直向上噴出；玩具底部為平板(面積略大于S)；水柱沖擊到玩具底板后，在豎直方向水的速度變?yōu)榱?，在水平方向朝四周均勻散開(kāi).忽略空氣阻力.已知水的密度為ρ，重力加速度大小為g.求:(1)噴泉單位時(shí)間內(nèi)噴出的水的質(zhì)量；(2)玩具在空中懸停時(shí)，其底面相對(duì)于噴口的高度.

命題意圖知識(shí)角度，試題考查動(dòng)量定理、物體平衡、勻變速直線運(yùn)動(dòng)、牛頓運(yùn)動(dòng)定律等核心知識(shí)；能力角度，試題以生活中常見(jiàn)的噴泉為命題背景，考查了學(xué)生將具體情境轉(zhuǎn)化為物理問(wèn)題的模型構(gòu)建能力、運(yùn)用核心定律綜合分析推理能力及解決實(shí)際問(wèn)題的能力；核心素養(yǎng)角度，通過(guò)對(duì)學(xué)生的模型建構(gòu)、演繹推理科學(xué)思維素養(yǎng)的考查，旨在對(duì)學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)是否形成了正確的相互作用觀、運(yùn)動(dòng)觀、物質(zhì)觀和能量觀等物理觀念.

試題解析(1)設(shè)極短時(shí)間Δt內(nèi)噴出的水柱高度為Δh，因所取時(shí)間極短，故可看成以速度v0勻速運(yùn)動(dòng)，則有：

Δh=v0Δt

①

由密度公式得所形成水柱質(zhì)量為：

Δm=ρΔV=ρsΔh

②

由①②兩式可得在極短時(shí)間內(nèi)Δt所形成的水柱質(zhì)量為：

Δm=ρsv0Δt

③

將③式變形整理可得單位時(shí)間內(nèi)噴泉噴出的水的質(zhì)量為

(2)當(dāng)玩具穩(wěn)定在水柱上方時(shí)，由二力平衡得水柱對(duì)玩具的作用力：

F=Mg

由牛頓第三定律可得玩具對(duì)水柱的反作用力為：

F′=F=Mg

④

設(shè)在極短時(shí)間Δt內(nèi)水柱到達(dá)玩具底部時(shí)的速度為v1，豎直方向由動(dòng)量定理可得：

(F′+Δmg)·Δt=Δmv1

⑤

再由勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律得：

⑥

因極短時(shí)間內(nèi)水柱質(zhì)量Δm很小，⑤式左邊可將其忽略為零，則由③、④、⑤三式可得高度

2.5 動(dòng)量守恒與機(jī)械能的滲透考查

例5(2018全國(guó)卷Ⅰ改編)一質(zhì)量為m的煙花彈獲得動(dòng)能E后，從地面豎直升空，當(dāng)煙花彈上升的速度為零時(shí)，彈中火藥爆炸將煙花彈炸為質(zhì)量相等的兩部分，兩部分獲得的動(dòng)能之和也為E，且均沿豎直方向運(yùn)動(dòng).爆炸時(shí)間極短，重力加速度大小為g，不計(jì)空氣阻力和火藥的質(zhì)量，求爆炸后煙花彈向上運(yùn)動(dòng)的部分距地面的最大高度.

命題意圖試題以學(xué)生熟悉的煙花彈的燃爆為背景，將守恒思想(動(dòng)量守恒、能量守恒)植入其中，考查學(xué)生在具體生活情境中運(yùn)用守恒思想解決實(shí)際問(wèn)題的能力.

試題解析煙花彈自地面升至高為H1過(guò)程中根據(jù)機(jī)械能守恒定律得

mgH1+0=E+0

①

因煙花彈被炸成一上一下兩部分則爆炸前后由動(dòng)量守恒得

m1v1+m2v2=0

②

又據(jù)爆炸前后兩部分動(dòng)能之后仍為E得

③

由題意知被炸后的兩部分質(zhì)量相等，均為均為

④

爆炸后的上部分自爆炸后瞬間至最高點(diǎn)由機(jī)械能守恒定律得

⑤

綜合①②③④⑤式可得，爆炸后煙花彈上部分距地面的最大高度為