2021年高考全國甲卷物理試題簡析

韋征 黃福

[摘 要]2021年高考全國甲卷物理試題著重考查學(xué)生的核心素養(yǎng)和關(guān)鍵能力。試題情境設(shè)置突顯物理的應(yīng)用價值，考查方式相對靈活。文章通過分析2021年高考全國甲卷物理試題的特點(diǎn)，對2022年高考備考提出建設(shè)性意見。

[關(guān)鍵詞]2021年高考全國甲卷;物理觀念;關(guān)鍵能力

[中圖分類號]? ? G633.7? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識碼]? ? A? ? ? ? [文章編號]? ? 1674-6058（2022）05-0041-03

2021年高考全國甲卷物理試題體現(xiàn)高考命題總的指導(dǎo)思想：以立德樹人為根本任務(wù)，堅持德智體美勞全面發(fā)展，深化基礎(chǔ)性，優(yōu)化情境設(shè)計，強(qiáng)化關(guān)鍵能力考查，增強(qiáng)試題開放性和靈活性，引導(dǎo)學(xué)生減少死記硬背和機(jī)械刷題，促進(jìn)素質(zhì)教育發(fā)展。試題突出對物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究等核心素養(yǎng)的考查，提高了對分析真實情境能力的要求，在情境中體現(xiàn)了對科學(xué)態(tài)度與責(zé)任的要求，很好地體現(xiàn)了高考對物理教學(xué)的導(dǎo)向作用。物理學(xué)科核心素養(yǎng)包括物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任。高考試題對學(xué)科核心素養(yǎng)要求的導(dǎo)向作用不容忽視。

一、試題特點(diǎn)分析

（一）深化物理觀念的考查

試題以考查物理學(xué)科核心素養(yǎng)為主，在物理觀念上考查質(zhì)點(diǎn)、電場、磁場等物質(zhì)觀，勻變速直線運(yùn)動、平拋運(yùn)動、圓周運(yùn)動等運(yùn)動觀，以及相互作用觀和能量觀。具體的知識點(diǎn)方面，重點(diǎn)考查了動摩擦因數(shù)、加速度、功和能等核心概念，勻變速直線運(yùn)動規(guī)律、牛頓運(yùn)動定律、動能定理等重要規(guī)律，除動量守恒外其他主干知識都涉及了。

[例1]（2021年高考全國甲卷第14題） 如圖1，將光滑長平板的下端置于鐵架臺水平底座上的擋板[P]處，上部架在橫桿上。橫桿的位置可在豎直桿上調(diào)節(jié)，使得平板與底座之間的夾角[θ]可變。將小物塊由平板與豎直桿交點(diǎn)[Q]處靜止釋放，物塊沿平板從[Q]點(diǎn)滑至[P]點(diǎn)所用的時間[t]與夾角[θ]的大小有關(guān)。若由30°逐漸增大至60°，物塊的下滑時間[t]將（ ）。

A.逐漸增大? ? ? ? ? ? ? ? ?B.逐漸減小

C.先增大后減小 ? ? ? ? ?D.先減小后增大

該題創(chuàng)設(shè)了平板架在鐵架臺上的真實情境，需要學(xué)生建立斜面模型，分析“斜面傾角發(fā)生變化”這一條件。試題體現(xiàn)了課標(biāo)對物理觀念的要求，考查學(xué)生在實際情境中構(gòu)建模型的能力，考查學(xué)生對運(yùn)動和相互作用觀的掌握程度。試卷中其他題目如第15題的旋轉(zhuǎn)紐扣、第18題的“天問一號”探測器三次近火制動以及第22題的測量小銅塊與瓷磚表面間的動摩擦因數(shù)等都體現(xiàn)了高考對物理觀念的考查。

（二）強(qiáng)化關(guān)鍵能力的考查

1.對理解能力的要求提高。理解知識的意義，把握物理情境的本質(zhì)特征，能將知識與情境聯(lián)系起來，并運(yùn)用已有的知識和方法解決問題的能力屬于理解能力。2021年高考全國甲卷加強(qiáng)了這方面能力的考查，全卷一共3401個字、16個圖表，文字量比2020年高考全國Ⅲ卷增加了20%，并且文字理解的難度也增大了。第23題的字?jǐn)?shù)是546個，第24題歷年來都是較簡單的題目，而2021年該題的字?jǐn)?shù)卻達(dá)到了335個，大大增加了閱讀量，加大了對學(xué)生理解能力的考查。學(xué)生要從幾百個字中找到“小車通過第30個減速帶后，在相鄰減速帶間的平均速度均相同”這一關(guān)鍵表述，還要理解、分析關(guān)鍵表述，進(jìn)而挖掘隱含條件，這對能力的要求非常高。

2.突出對運(yùn)算能力的考查。推理論證能力不僅包括根據(jù)已有知識對物理情境進(jìn)行分析和推理的能力，還包括數(shù)學(xué)推演能力即運(yùn)算能力。2021年高考全國甲卷對推理能力和應(yīng)用數(shù)學(xué)解決物理問題的能力的要求比歷年都高，對運(yùn)算能力的要求明顯增大，整卷共6道題涉及數(shù)值運(yùn)算，選擇題有5道題涉及運(yùn)算，第1題就要用到三角函數(shù)的二倍角公式，兩道實驗題都有復(fù)雜的運(yùn)算，計算題的計算量與歷年相當(dāng)，選做題兩個小題也都涉及運(yùn)算，振動和波的計算題中振動的相位不是特殊相位，也增大了計算的難度。運(yùn)算量大是2021年高考全國甲卷的一大特點(diǎn)，而且所涉及的數(shù)據(jù)都是源于真實情境的數(shù)據(jù)，這對學(xué)生的能力提出了更高的要求，而對學(xué)生的考試心理也是很大的考驗。

[例2]（2021年高考全國甲卷第18題） 2021年2月，執(zhí)行我國火星探測任務(wù)的“天問一號”探測器在成功實施三次近火制動后，進(jìn)入運(yùn)行周期約為1.8×105 s的橢圓形停泊軌道，軌道與火星表面的最近距離約為2.8×105 m。已知火星半徑約為3.4×106 m，火星表面處自由落體的加速度大小約為3.7 m/s2，則“天問一號”的停泊軌道與火星表面的最遠(yuǎn)距離約為（ ）。

A. 6×105 m B. 6×106 m

C. 6×107 m D. 6×108 m

該題考查萬有引力的近似計算，難點(diǎn)在于數(shù)值運(yùn)算——開立方，但四個選項的數(shù)據(jù)有數(shù)量級差別，只需估算數(shù)量級即可，估算時還需要理解近地點(diǎn)的距離（105 m）相對半長軸（107 m）是可以忽略不計的。該題的數(shù)據(jù)是真實的天文數(shù)字，對學(xué)生數(shù)據(jù)處理和運(yùn)算能力要求是很高的，符合新課改對學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)要求。同時“天問一號”探測器的情境拓展了學(xué)生的知識視野，促進(jìn)學(xué)生關(guān)注國家科技發(fā)展情況，體現(xiàn)科學(xué)態(tài)度與責(zé)任的核心素養(yǎng)。

[例3]（2021年高考全國甲卷第22題） 為測量小銅塊與瓷磚表面間的動摩擦因數(shù)，一同學(xué)將貼有標(biāo)尺的瓷磚的一端放在水平桌面上，形成一傾角為[α]的斜面（已知[sin α =0.34]，[cos α =0.94]），小銅塊可在斜面上加速下滑，如圖2所示。該同學(xué)用手機(jī)拍攝小銅塊的下滑過程，然后解析視頻記錄的圖像，獲得5個連續(xù)相等時間間隔（每個時間間隔[ΔT=0.20 s]）內(nèi)小銅塊沿斜面下滑的距離[si]（[i=1]，2，3，4，5），如下表所示。

[[s1] [s2] [s3] [s4] [s5] 5.87 cm 7.58 cm 9.31 cm 11.02 cm 12.74 cm ]

由表中數(shù)據(jù)可得，小銅塊沿斜面下滑的加速度大小為 m/s2，小銅塊與瓷磚表面間的動摩擦因數(shù)為 。（結(jié)果均保留2位有效數(shù)字，重力加速度大小取9.80 m/s2）

該題的難點(diǎn)也是計算。題目所給的數(shù)據(jù)是真實實驗中的數(shù)據(jù)，對實驗教學(xué)有良好的導(dǎo)向作用。這就要求教師在日常教學(xué)中要讓學(xué)生真做實驗，處理真數(shù)據(jù)，不能因為計算而簡化實驗數(shù)據(jù)。

3.弱化模型的直接應(yīng)用，強(qiáng)化推理論證能力的考查。2021年高考全國甲卷幾乎沒有考題是模型或二次結(jié)論的直接應(yīng)用，答題時需要學(xué)生建立模型，并根據(jù)已掌握的知識和規(guī)律進(jìn)行推理論證。試題突顯的是依靠刷題總結(jié)二次結(jié)論難以拿高分，真正考查運(yùn)算能力、分析情境建模的能力以及推理論證能力等關(guān)鍵能力。

[例4]（2021年高考全國甲卷第16題） 兩足夠長直導(dǎo)線均折成直角，按圖示方式放置在同一平面內(nèi)，[EO]與[O'Q]在一條直線上，[PO']與[OF]在一條直線上，兩導(dǎo)線相互絕緣，通有相等的電流[I]，電流方向如圖3所示。若一根無限長直導(dǎo)線通過電流[I]時，所產(chǎn)生的磁場在距離導(dǎo)線[d]處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為[B]，則圖中與導(dǎo)線距離均為[d]的[M]、[N]兩點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小分別為（ ）。

A. B、0 B. 0、2B C. 2B、2B D. B、B

該題考查磁場的疊加，但題目不是簡單電流磁場的疊加，給的是兩段足夠長的直角導(dǎo)線，需要學(xué)生分析論證可以將其等效成兩根無限長直導(dǎo)線，再將兩根無限長直導(dǎo)線的磁場疊加。

[例5]（2021年高考全國甲卷第21題） 由相同材料的導(dǎo)線繞成邊長相同的甲、乙兩個正方形閉合線圈，兩線圈的質(zhì)量相等，但所用導(dǎo)線的橫截面積不同，甲線圈的匝數(shù)是乙的2倍?，F(xiàn)兩線圈在豎直平面內(nèi)從同一高度同時由靜止開始下落，一段時間后進(jìn)入一方向垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場區(qū)域，磁場的上邊界水平，如圖4所示。不計空氣阻力，已知下落過程中線圈始終平行于紙面，上、下邊保持水平。在線圈下邊進(jìn)入磁場后且上邊進(jìn)入磁場前，可能出現(xiàn)的是（ ）。

A.甲和乙都加速運(yùn)動

B.甲和乙都減速運(yùn)動

C.甲加速運(yùn)動，乙減速運(yùn)動

D.甲減速運(yùn)動，乙加速運(yùn)動

該題考查牛頓第二定律在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的應(yīng)用，是常規(guī)的電磁感應(yīng)力學(xué)綜合問題。該題突破常規(guī)模型的點(diǎn)在于題目的條件是兩線圈導(dǎo)線的材料相同而橫截面積不同。這就無法利用已有模型的結(jié)論，需要將導(dǎo)線框的質(zhì)量、電阻分別用密度、電阻率表示出來，這樣才能得到線圈進(jìn)入磁場后運(yùn)動的加速度的完整表達(dá)式，進(jìn)而比較其大小。此題對學(xué)生的推理論證能力要求較高。

（三）考查方式有新拓展

1.創(chuàng)設(shè)情境化問題。本文將情境分為學(xué)習(xí)探索情境和生活實踐情境。學(xué)習(xí)探索情境包括物理學(xué)史問題、課程標(biāo)準(zhǔn)和教材中的典型問題和科學(xué)探究的問題。生活實踐情境包括與大自然相關(guān)的物理現(xiàn)象、與生產(chǎn)生活緊密聯(lián)系的物理問題以及國家重大科技工程等科技前沿。2021年高考全國甲卷有7道題創(chuàng)設(shè)了情境，其中有學(xué)生熟悉的情境，如“斜面”（有4個小題涉及）等，也有學(xué)生不熟悉的情境，如“旋轉(zhuǎn)紐扣”“50個減速帶”等。與歷年高考試卷相比，2021年高考全國甲卷的生活實踐情境增多了，這樣可以引導(dǎo)學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中關(guān)注生活，注重學(xué)以致用。通過情境化問題的創(chuàng)設(shè)，既考查學(xué)生理解能力、建模能力、分析和解決實際問題的能力，又引導(dǎo)學(xué)生注重研究實際問題，解決實際問題。

[例6]（2021年高考全國甲卷第24題）如圖5，一傾角為[θ]的光滑斜面上有50個減速帶（圖中未完全畫出），相鄰減速帶間的距離均為[d]，減速帶的寬度遠(yuǎn)小于[d];一質(zhì)量為[m]的無動力小車（可視為質(zhì)點(diǎn)）從距第一個減速帶[L]處由靜止釋放。已知小車通過減速帶損失的機(jī)械能與到達(dá)減速帶時的速度有關(guān)。觀察發(fā)現(xiàn)，小車通過第30個減速帶后，在相鄰減速帶間的平均速度均相同。小車通過第50個減速帶后立刻進(jìn)入與斜面光滑連接的水平地面，繼續(xù)滑行距離[s]后停下。已知小車與地面間的動摩擦因數(shù)為[μ]，重力加速度大小為[g]。

（1）求小車通過第30個減速帶后，經(jīng)過每一個減速帶時損失的機(jī)械能;

（2）求小車通過前30個減速帶的過程中在每一個減速帶上平均損失的機(jī)械能;

（3）若小車在前30個減速帶上平均每一個損失的機(jī)械能大于之后每一個減速帶上損失的機(jī)械能，則[L]應(yīng)滿足什么條件？

該題考查學(xué)生對能量和功能關(guān)系的理解情況和運(yùn)用能力。命題者在陳述中不斷重復(fù)50個減速帶、前30個減速帶、第30個減速帶等，目的是增加閱讀和審題的難度。解題的關(guān)鍵是“在相鄰減速帶間的平均速度均相同”。學(xué)生需分析小車在兩個減速帶之間的運(yùn)動：小車在相鄰減速帶之間的運(yùn)動完全相同，經(jīng)過一個減速帶后到經(jīng)過下一個減速帶后的過程中重力勢能減少量等于經(jīng)過減速帶時損失的能量。本題對推理能力的要求很高，創(chuàng)設(shè)50個減速帶的生活情境，將教學(xué)從解題引導(dǎo)到解決問題。減速帶出現(xiàn)在試題中也可以強(qiáng)化學(xué)生的安全意識。

2.創(chuàng)新命題方式。試題條件的呈現(xiàn)方式和情境的創(chuàng)設(shè)都比較新穎，與歷年試題的常規(guī)模式相比有變化。如第17題考查衰變的次數(shù)，創(chuàng)新了試題的呈現(xiàn)方式，不再是用文字描述衰變的信息而是給出原子核經(jīng)過衰變后的中子數(shù)和質(zhì)子數(shù)的圖像，要求學(xué)生讀圖獲取質(zhì)子數(shù)的變化信息，推出電荷量變化，進(jìn)而推出衰變次數(shù)。第22題是測量動摩擦因數(shù)的實驗，但實驗的情境也有所創(chuàng)新，設(shè)置為銅塊在瓷磚上運(yùn)動。第24題考查的基本模型是斜面，而題目設(shè)計了小車通過50個減速帶的情境，要求學(xué)生建立勻變速直線運(yùn)動模型，考查了學(xué)生靈活運(yùn)用牛頓第二定律和運(yùn)動學(xué)公式或動能定理的能力;兩個選做題的第一小題都將常規(guī)的選擇題形式改成了填空題。第34題一改多年考查“幾何光學(xué)”的習(xí)慣，考查學(xué)生不太熟悉的“振動與波”，要求學(xué)生能挖掘“此后每隔[Δt=0.6 s]兩者偏離平衡位置的位移大小相等、方向相同”這一隱含條件，建立起質(zhì)點(diǎn)[A]、[B]振動的關(guān)系，振動的相位不是特殊相位，這在歷年高考中也是很少見的。這些命題方式的變化也預(yù)示著高考靈活變通的考查方向。

二、2022年高考物理備考建議

高中物理的教與學(xué)應(yīng)以高考試題為導(dǎo)向，回歸教材，真做實驗，立足“核心知識和基本能力”的學(xué)習(xí)與掌握，提升學(xué)科核心素養(yǎng);要不斷改進(jìn)教學(xué)方法，以問題探究為基礎(chǔ)，以過程探究為主線，以方法探究為中心，把“提高解題能力”轉(zhuǎn)變?yōu)椤疤岣邌栴}解決能力”，真正提升學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)。

1.夯實基礎(chǔ)，注重對概念規(guī)律的理解，挖掘其本質(zhì)，能夠推導(dǎo)規(guī)律，避免通過背誦來學(xué)習(xí)概念和規(guī)律。加強(qiáng)對實際情境的分析和討論，在生活中提取模型，幫助學(xué)生建立物理觀念。

2.適當(dāng)增加開放性題目，減少機(jī)械刷題，真正培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力，而非解答題目的能力。2021年高考全國甲卷的試題在情境方面邁出了一大步，教師在教學(xué)中不要唯模型論，課堂上可以讓學(xué)生對開放性問題進(jìn)行討論，發(fā)表意見，培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力，使學(xué)生不只是會解模型題。

3.注重實驗，重視實驗報告的撰寫和實驗數(shù)據(jù)的處理。實驗?zāi)荏w現(xiàn)學(xué)生的綜合能力，在實驗過程中可以培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力，不能以實驗題代替實驗。2021年高考全國甲卷的實驗題是真實驗，數(shù)據(jù)是真數(shù)據(jù)，而這一點(diǎn)在以前的教學(xué)中往往是被忽視的。

4.重視深度學(xué)習(xí)。深度學(xué)習(xí)是一種促進(jìn)學(xué)生高階思維發(fā)展的學(xué)習(xí)活動，它以深層次問題為核心，以高階思維發(fā)展和實際問題解決為目標(biāo)，在已有知識的基礎(chǔ)上，整合新知識，在解決問題的同時提升思維能力和創(chuàng)新意識。它不是淺層次的刷題復(fù)習(xí)，而是以知識為核心，通過深入解決問題達(dá)到學(xué)習(xí)目的。

（責(zé)任編輯 易志毅）