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(jià)值,考查方式相對(duì)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(duì)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(hào)]? ? G633.7? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]? ? A? ? ? ? [文章編號(hào)]? ? 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(jiān)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(jì),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(duì)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(duì)分析真實(shí)情境能力的要求,在情境中體現(xiàn)了對(duì)科學(xué)態(tài)度與責(zé)任的要求,很好地體現(xiàn)了高考對(duì)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(duì)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(dòng)、平拋運(yùn)動(dòng)、圓周運(yùn)動(dòng)等運(yùn)動(dòng)觀,以及相互作用觀和能量觀。具體的知識(shí)點(diǎn)方面,重點(diǎn)考查了動(dòng)摩擦因數(shù)、加速度、功和能等核心概念,勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律、牛頓運(yùn)動(dòng)定律、動(dòng)能定理等重要規(guī)律,除動(dòng)量守恒外其他主干知識(shí)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(tái)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(shí)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(shí)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(tái)上的真實(shí)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(duì)物理觀念的要求,考查學(xué)生在實(shí)際情境中構(gòu)建模型的能力,考查學(xué)生對(duì)運(yùn)動(dòng)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(hào)”探測器三次近火制動(dòng)以及第22題的測量小銅塊與瓷磚表面間的動(dòng)摩擦因數(shù)等都體現(xiàn)了高考對(duì)物理觀念的考查。
(二)強(qiáng)化關(guān)鍵能力的考查
1.對(duì)理解能力的要求提高。理解知識(shí)的意義,把握物理情境的本質(zhì)特征,能將知識(shí)與情境聯(lián)系起來,并運(yùn)用已有的知識(shí)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(gè)字、16個(gè)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(gè),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(gè),大大增加了閱讀量,加大了對(duì)學(xué)生理解能力的考查。學(xué)生要從幾百個(gè)字中找到“小車通過第30個(gè)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(duì)能力的要求非常高。
2.突出對(duì)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(shí)對(duì)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(duì)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(duì)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(shí)驗(yàn)題都有復(fù)雜的運(yùn)算,計(jì)算題的計(jì)算量與歷年相當(dāng),選做題兩個(gè)小題也都涉及運(yùn)算,振動(dòng)和波的計(jì)算題中振動(dòng)的相位不是特殊相位,也增大了計(jì)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(shí)情境的數(shù)據(jù),這對(duì)學(xué)生的能力提出了更高的要求,而對(duì)學(xué)生的考試心理也是很大的考驗(yàn)。
[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(hào)”探測器在成功實(shí)施三次近火制動(dòng)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(hào)”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(jì)算,難點(diǎn)在于數(shù)值運(yùn)算——開立方,但四個(gè)選項(xiàng)的數(shù)據(jù)有數(shù)量級(jí)差別,只需估算數(shù)量級(jí)即可,估算時(shí)還需要理解近地點(diǎn)的距離(105 m)相對(duì)半長軸(107 m)是可以忽略不計(jì)的。該題的數(shù)據(jù)是真實(shí)的天文數(shù)字,對(duì)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(duì)學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)要求。同時(shí)“天問一號(hào)”探測器的情境拓展了學(xué)生的知識(shí)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(dòng)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(gè)連續(xù)相等時(shí)間間隔(每個(gè)時(shí)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(dòng)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(jì)算。題目所給的數(shù)據(jù)是真實(shí)實(shí)驗(yàn)中的數(shù)據(jù),對(duì)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn),處理真數(shù)據(jù),不能因?yàn)橛?jì)算而簡化實(shí)驗(yàn)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(shí)需要學(xué)生建立模型,并根據(jù)已掌握的知識(shí)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(shí),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(gè)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(shí)由靜止開始下落,一段時(shí)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(jì)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(dòng)
B.甲和乙都減速運(yùn)動(dòng)
C.甲加速運(yùn)動(dòng),乙減速運(yùn)動(dòng)
D.甲減速運(yùn)動(dòng),乙加速運(yùn)動(dòng)
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(dòng)的加速度的完整表達(dá)式,進(jìn)而比較其大小。此題對(duì)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(shí)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(shí)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(gè)小題涉及)等,也有學(xué)生不熟悉的情境,如“旋轉(zhuǎn)紐扣”“50個(gè)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(shí)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(shí)際問題的能力,又引導(dǎo)學(xué)生注重研究實(shí)際問題,解決實(shí)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(gè)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(dòng)力小車(可視為質(zhì)點(diǎn))從距第一個(gè)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(shí)的速度有關(guān)。觀察發(fā)現(xiàn),小車通過第30個(gè)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(gè)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(dòng)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(gè)減速帶后,經(jīng)過每一個(gè)減速帶時(shí)損失的機(jī)械能;
(2)求小車通過前30個(gè)減速帶的過程中在每一個(gè)減速帶上平均損失的機(jī)械能;
(3)若小車在前30個(gè)減速帶上平均每一個(gè)損失的機(jī)械能大于之后每一個(gè)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(duì)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(gè)減速帶、前30個(gè)減速帶、第30個(gè)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(gè)減速帶之間的運(yùn)動(dòng):小車在相鄰減速帶之間的運(yùn)動(dòng)完全相同,經(jīng)過一個(gè)減速帶后到經(jīng)過下一個(gè)減速帶后的過程中重力勢能減少量等于經(jīng)過減速帶時(shí)損失的能量。本題對(duì)推理能力的要求很高,創(chuàng)設(shè)50個(gè)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(shí)。
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(dòng)摩擦因數(shù)的實(shí)驗(yàn),但實(shí)驗(yàn)的情境也有所創(chuàng)新,設(shè)置為銅塊在瓷磚上運(yùn)動(dòng)。第24題考查的基本模型是斜面,而題目設(shè)計(jì)了小車通過50個(gè)減速帶的情境,要求學(xué)生建立勻變速直線運(yùn)動(dòng)模型,考查了學(xué)生靈活運(yùn)用牛頓第二定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)公式或動(dòng)能定理的能力;兩個(gè)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(dòng)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(dòng)的關(guān)系,振動(dòng)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(shí)驗(yàn),立足“核心知識(shí)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(shí)基礎(chǔ),注重對(duì)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(duì)實(shí)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(duì)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(huì)解模型題。
3.注重實(shí)驗(yàn),重視實(shí)驗(yàn)報(bào)告的撰寫和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理。實(shí)驗(yàn)?zāi)荏w現(xiàn)學(xué)生的綜合能力,在實(shí)驗(yàn)過程中可以培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力,不能以實(shí)驗(yàn)題代替實(shí)驗(yàn)。2021年高考全國甲卷的實(shí)驗(yàn)題是真實(shí)驗(yàn),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(dòng),它以深層次問題為核心,以高階思維發(fā)展和實(shí)際問題解決為目標(biāo),在已有知識(shí)的基礎(chǔ)上,整合新知識(shí),在解決問題的同時(shí)提升思維能力和創(chuàng)新意識(shí)。它不是淺層次的刷題復(fù)習(xí),而是以知識(shí)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)