“定性分析”在高考試題中的體現(xiàn)及教學探討

崔福來　林婷

摘? ?要：北京高考試題以靈活著稱，很多題目規(guī)避了繁雜的計算，但情境新穎，試題靈活，以高中之外的知識為背景對學生進行定性或半定量能力考查。文章對其中幾道典型的試題進行分析，以期能在教學中更好地培養(yǎng)學生的定性與半定量計算的能力。

關鍵詞：定性分析;物理觀念;新情境

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A ? ? 文章編號：1003-6148（2022）6-0040-4

1? ? 問題的提出

從歷年的北京卷試題來看，基本會有一道題是高中階段尚不能定量分析的，但能使用高中所學知識進行定性或半定量分析（表1），意在考查學生的創(chuàng)新和探究能力，即用已形成的物理觀念解決實際問題的能力。

2? ? 試題賞析

例1 （2018年）根據(jù)高中所學知識可知，做自由落體運動的小球，將落在正下方位置。但實際上，赤道上方200 m處無初速度下落的小球將落在正下方位置偏東約6 cm處。這一現(xiàn)象可解釋為，除重力外，由于地球自轉，下落過程小球還受到一個水平向東的“力”，該“力”與豎直方向的速度大小成正比?，F(xiàn)將小球從赤道地面豎直上拋，考慮對稱性，上升過程該“力”水平向西，則小球（? ? ? ?）

A.到最高點時，水平方向的加速度和速度均為零

B.到最高點時，水平方向的加速度和速度均不為零

C.落地點在拋出點東側

D.落地點在拋出點西側

本題以科里奧利力為背景考查學生的物理觀念，從物理學視角解釋實際現(xiàn)象，以大學物理的知識來靈活考查學生利用高中物理知識解決問題的能力。沒有繁雜的計算，沒有太定量的關系，主要從定性的角度去分析考慮科里奧利力的情況下，小球是怎么運動的，體現(xiàn)了由高中到大學的過渡，解析過程如表2所示。以安培力的學習為例，初中以定性分析為主，到高中階段則對安培力進行定量分析，該題的解析過程很好地體現(xiàn)了安培力的學習進階過程，學習進階流程如圖1所示?？评飱W利力在本題以定性的方式呈現(xiàn)在學生眼前，使學生有一定的了解，為后面科里奧利力的學習積累一定的經驗素材。題目既有考查的作用，又有促進銜接學習的作用。

例2 （2020年）在無風的環(huán)境里，某人在高處釋放靜止的籃球，籃球豎直下落;如果先讓籃球以一定的角速度繞過球心的水平軸轉動（圖2）再釋放，則籃球在向下掉落過程中偏離豎直方向做曲線運動。其原因是，轉動的籃球在運動過程中除受重力外，還受到空氣施加的阻力f和偏轉力f。這兩個力與籃球速度v的關系大致為：f=kv，方向與籃球運動方向相反;f=kv，方向與籃球運動方向垂直。下列說法正確的是（? ? ?）

A.k、k是與籃球轉動角速度無關的常量

B.籃球可回到原高度且角速度與釋放時的角速度相同

C.人站得足夠高，落地前籃球有可能向上運動

D.釋放條件合適，籃球有可能在空中持續(xù)一段水平直線運動

本題為2020年北京高考選擇題最后一題，同樣以高中階段不涉及的內容（馬格努斯效應）為背景，試題情境也更接近真實場景。

從試題情境分析來看，四個選項都沒有涉及太復雜的運算，只需對題給場景進行定性與半定量分析，解析過程如表3所示，題目分析流程如圖3所示。盡管涉及到了馬格努斯效應，但運用高中所學的知識能較好地定性分析出來。題目設計極為巧妙，情境新穎，不超綱，又能很好地考查學生的定性與半定量思維能力。學生在學習中總會碰到書本上或當前從沒碰過的問題與事物，此時要做的就是運用目前所掌握的知識對問題進行定性或半定量的分析，對問題有探索的欲望和能力。

例3 （2021年）北京高光能源是我國首個第四代同步輻射光源，計劃于2025年建成。同步輻射光具有光譜范圍寬（從遠紅外到X光波段，波長范圍約為10 m～10 m，對應能量范圍約為10-1 eV～10 eV）、光源亮度高、偏振性好等諸多特點，在基礎科學研究、應用科學和工藝學等領域得到廣泛應用。

速度接近光速的電子在磁場中偏轉時，會沿圓弧軌道切線發(fā)出電磁輻射，這個現(xiàn)象最初是在同步加速器上觀察到的，稱為“同步輻射”。以接近光速運動的單個電子能量約為10 eV，回旋一圈輻射的總能量約為10 eV。下列說法中正確的是（? ? ）

A.同步輻射的機理與氫原子發(fā)光的機理一樣

B.用同步輻射光照射氫原子不能使氫原子電離

C.蛋白質分子的線度約為10 m，不能用同步輻射光得到其衍射圖樣

D.盡管向外輻射能量，但電子回旋一圈后能量不會明顯減小

2021年北京卷的最后一道選擇題以“同步輻射光”為背景，同步輻射是高速帶電粒子在磁場中運動所發(fā)出的電磁輻射，在高等教育課程《電動力學》中，學生會定量學習到高速帶電粒子的輻射特點。在本題中，將“同步輻射光”提前展現(xiàn)在學生眼前，將背景信息與學生現(xiàn)有的知識有機融合，使學生定性地了解“同步輻射光”。所將要接觸的知識與自己頭腦中已有的知識激烈碰撞，迸發(fā)出絢麗的火花。題目將“同步輻射光”的特性、產生機理拋出，引出氫原子躍遷和衍射的相關知識，體現(xiàn)了知識的應用，用已掌握的知識或已形成的物理觀念去了解新的事物和信息。

物理學有其定量的特色，但同時我們也不能忽略掉物理學的定性之美。定性分析與判斷給物理增添了靈活性，同時也能激發(fā)學生對新事物探索的欲望。

從上面三道試題分析來看，都是以高中階段未涉及的相關內容為背景，考查了學生對現(xiàn)有知識的運用。三道題都處于選擇題壓軸的地位上，不涉及任何的數(shù)學運算，但很好地考查了學生的物理思維和物理觀念。不管是高考還是生活中，我們總會碰到新的情境、新的物理問題，一時難以下手，如果我們能用自己所學知識對新問題進行定性的判斷，一切都有可能迎刃而解。在人類知識探索上，首先會對問題進行一個定性或半定量的分析。那么在平常教學中，也可以用人類已解決的但學生還沒有掌握的問題來為學生提供探索的背景，使學生經歷一個知識的探索過程，培養(yǎng)學生的物理觀念和創(chuàng)新能力。

3? ? 教學建議

3.1? ? 注重探究，引發(fā)猜想

一切問題的探究由猜想開始，猜想是由以往的生活經驗和現(xiàn)有的知識對問題可能性的判斷（表4），不一定所有猜想都是正確的，所以在教學中要鼓勵學生開闊思維，大膽猜想。猜想的過程，其實就是對問題進行定性分析與判斷。找到問題解決的方向，進而查找證據(jù)，對問題進行更細致、更全面的探究。比如，在庫侖定律的學習中，兩個點電荷所受的靜電力與什么因素有關，可以引導學生由所學過的萬有引力定律公式類比猜想得出影響靜電力的大小有可能與它們的帶電量和距離有關，從而更順理成章地設計探究實驗。

3.2? ? 用已形成的物理觀念去探索新的知識

建構主義認為，要在學生的原有背景之下教學，學生是主動吸收知識的主體，而不是被動學習。教學中可以激發(fā)學生用已形成的物理觀念來對新知識進行研判與獲取。在原有物理觀念之下，學生有意識地從物理學視角看待新問題，在新問題的解決過程中，獲得新知識，并且更容易內化成新的物理觀念。

3.3? ? 注重對問題的定性分析，不要一味陷入定量的“沼澤”

高中階段的學習，主要還是以定量為主。學生往往容易陷入過于定量的誤區(qū)，比如計算完一道題之后，不會將所得結果與現(xiàn)實相聯(lián)系，所以經常會有離譜的答案出現(xiàn)，學生卻沒有發(fā)覺，一味地陷入定量的“沼澤”之中。所以，在學生習得相關物理公式和物理量之后，教師要注意引導學生再定性地分析物理公式和物理量，以求更好地抓住其中蘊含的物理意義。體現(xiàn)由定性到定量再到定性的自我否定規(guī)律（圖4）。

參考文獻：

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[4]吳廣國，鄒斌.2018年北京高考物理第24題解析及其教學啟示[J].物理教師，2018，39（10）：80-83，86.

（欄目編輯? ? 陳? 潔）