不同高考試卷中同源物理試題評析
——以2023年高考理綜全國甲卷第21題和乙卷第17題為例

謝園園

(江蘇省東臺市教師發(fā)展中心,江蘇 鹽城 224200)

1 引言

2023年高考理綜全國甲卷第21題和乙卷第17題是同源型試題,兩題都以電磁感應(yīng)知識為落腳點,實驗裝置和過程相同,考查學(xué)生對楞次定律的理解,考查學(xué)生提取信息和分析推理的能力。對于同源試題進(jìn)行評析,異中求同、同中辨異,這對高中物理復(fù)習(xí)教學(xué)有很好的啟示作用。

2 試題呈現(xiàn)與解析

試題1(2023年高考理綜全國甲卷第21題):一有機(jī)玻璃管豎直放在水平地面上,管上有漆包線繞成的線圈,線圈的兩端與電流傳感器相連,線圈在玻璃管上部的5匝均勻分布,下部的3匝也均勻分布,下部相鄰兩匝間的距離大于上部相鄰兩匝間的距離。如圖1所示?，F(xiàn)讓一個很小的強(qiáng)磁體在玻璃管內(nèi)沿軸線從上端口由靜止下落,電流傳感器測得線圈中電流I隨時間t的變化如圖2所示,則( )。

圖1

圖2

A.小磁體在玻璃管內(nèi)下降速度越來越快

B.下落過程中,小磁體的N極、S極上下顛倒了8次

C.下落過程中,小磁體受到的電磁阻力始終保持不變

D.與上部相比,小磁體通過線圈下部的過程中,磁通量變化率的最大值更大

解析：如圖2所示,線圈中感應(yīng)電流的峰值不斷變大,表明小磁體在依次穿過每匝線圈的過程中磁通量的變化率的最大值越來越大,表明小磁體下落越來越快,則A、D選項正確。小磁體穿過某一匝線圈的過程中磁場方向不變,小磁體從上方進(jìn)入與從下方離開其中某一匝線圈時的磁通量的變化情況相反,由楞次定律可判斷出感應(yīng)電流方向發(fā)生改變,說明這種改變不是小磁體的N極、S極上下顛倒造成的,則B選項錯誤。小磁體在穿過線圈的過程中,線圈中感應(yīng)電流的大小不斷變化,而線圈中感應(yīng)電流越大,其產(chǎn)生的磁場越強(qiáng),因此小磁體受到的電磁阻力隨感應(yīng)電流的變化而變化,不是一直不變的,所以C選項錯誤。

學(xué)生容易錯選B選項,他們往往誤認(rèn)為圖2中電流方向的改變是小磁體磁極顛倒所造成的,這些學(xué)生對條形磁體穿越單匝線圈這一原始問題中全程電流的變化情況并未真正理解與掌握。

試題2(2023年高考理綜全國乙卷第17題):一學(xué)生小組在探究電磁感應(yīng)現(xiàn)象時,進(jìn)行了如下比較實驗。用圖3所示的纏繞方式,將漆包線分別繞在幾何尺寸相同的有機(jī)玻璃管和金屬鋁管上,漆包線的兩端與電流傳感器接通。兩管皆豎直放置,將一很小的強(qiáng)磁體分別從管的上端由靜止釋放,在管內(nèi)下落至管的下端。實驗中電流傳感器測得的兩管上流過漆包線的電流I隨時間t的變化分別如圖4和圖5所示,分析可知( )。

圖3

圖4

圖5

A.圖5是用玻璃管獲得的圖像

B.在鋁管中下落,小磁體做勻變速運(yùn)動

C.在玻璃管中下落,小磁體受到的電磁阻力始終保持不變

D.用鋁管時測得的電流第一個峰到最后一個峰的時間間隔比用玻璃管時的短

解析：圖4中感應(yīng)電流的峰值保持不變,圖5中感應(yīng)電流的峰值不斷增大,分辨兩個圖像對應(yīng)的實驗條件是解析本題的關(guān)鍵。小磁體在鋁管中運(yùn)動,鋁管內(nèi)形成渦流,小磁體加速下落后很快達(dá)到平衡狀態(tài),做勻速直線運(yùn)動,小磁體穿越每匝線圈時速度相同,則線圈中感應(yīng)電流的峰值相同。小磁體穿越玻璃管的過程中一直做加速運(yùn)動,線圈中感應(yīng)電流的峰值不斷增大,則圖4、圖5分別是小磁體在鋁管、玻璃管中下落時的I-t圖像,所以A選項正確,B、C選項錯誤。對D選項的分析是難點,小磁體穿越每匝線圈時,其速度越大,所穿過線圈的磁通量的變化率越大,該線圈中的感應(yīng)電流就越大。圖5中電流的峰值不斷增大,且穿越每匝線圈時感應(yīng)電流的峰值均大于圖4中感應(yīng)電流的峰值,即小磁體在玻璃管中運(yùn)動通過每匝線圈的速度大于在鋁管中的速度,故小磁體在鋁管中運(yùn)動時間長,則D選項錯誤。

3 試題評析

3.1 在命題技術(shù)和評價理念等方面,兩題有相同之處

兩題的實驗裝置、實驗過程和數(shù)據(jù)呈現(xiàn)方法相同,都以選擇題的形式、以知識為載體落實對學(xué)生核心素養(yǎng)的考查。

在“物理觀念”方面,這兩題都考查學(xué)生對電磁感應(yīng)中感應(yīng)電流、渦流等概念的掌握情況。

在“科學(xué)思維”方面,這兩題都考查了學(xué)生的模型建構(gòu)、科學(xué)推理、科學(xué)論證能力,[1]要求學(xué)生根據(jù)題目所提供的實驗裝置和圖像,建構(gòu)出磁體穿越單匝閉合線圈的電磁感應(yīng)模型,推理出磁體的運(yùn)動和受力情況,得出結(jié)論。

在“科學(xué)探究”方面,這兩題都考查了學(xué)生基于證據(jù)得出結(jié)論并作出解釋的能力,要求學(xué)生從題圖中提取有用的信息,通過實驗裝置圖與圖像對照提取信息、尋找證據(jù),對信息進(jìn)行分析、加工和推理,發(fā)現(xiàn)其中的規(guī)律,最終形成正確的結(jié)論。這兩題對學(xué)生識圖、辨圖和用圖的能力要求較高,尤其是第2題,學(xué)生需對兩圖像的異同點進(jìn)行比較,經(jīng)過分析、推理才能將不同圖像與相應(yīng)的實驗情境和條件進(jìn)行匹配。

試題有一定的難度和較好的區(qū)分度,能將不同學(xué)業(yè)水平的學(xué)生進(jìn)行有效區(qū)分,充分體現(xiàn)了高考試題的甄別功能。

3.2 在選項設(shè)置和能力要求等方面,兩題有不同之處

一是體現(xiàn)在實驗情境方面。試題1是單一情境,試題2則是通過變換實驗條件,設(shè)置更為復(fù)雜的鋁管和玻璃管兩種實驗情境,實驗結(jié)果也由兩個有差異的圖像予以呈現(xiàn)。

二是體現(xiàn)在選項設(shè)置方面。試題1的選項設(shè)置較為單一,能力要求層次較低,A、C和D選項間存在邏輯關(guān)聯(lián),圖2中電流的峰值是對這三個選項判斷的關(guān)鍵條件,依D、A、C選項的順序逐一分析,即可得出結(jié)論。試題2中A和D選項從兩實驗條件和結(jié)果比較的角度設(shè)置,要求考生對本題中兩種實驗情境和兩個圖像進(jìn)行比較和判斷后形成關(guān)聯(lián)。

三是體現(xiàn)在難度方面。試題2因情境的復(fù)雜性導(dǎo)致選項的配置多樣化,難度高于試題1,解題時應(yīng)先確定兩種情形所對應(yīng)的圖像,對A選項進(jìn)行判斷,再通過推理對D選項進(jìn)行判斷,對學(xué)生能力要求較高,突出對學(xué)生核心素養(yǎng)的考查,較好地體現(xiàn)了《中國高考評價體系》中“素養(yǎng)導(dǎo)向”的評價理念,[2]是一道有區(qū)分度、能引領(lǐng)中學(xué)物理教學(xué)改革的好題。

4 對高中物理教學(xué)的啟示

同源多題、一題多變,是高中物理教學(xué)和復(fù)習(xí)中常用的、有效的教學(xué)方法,有利于學(xué)生歸納同類問題的解題思路。異中求同、同中辨異,有利于學(xué)生加深對知識的理解,有助于學(xué)生對同類問題的歸類,通過對不同情形的辨析,可以助力學(xué)生思維能力的提升。

4.1 根據(jù)對原始問題的分析,建構(gòu)物理模型

在物理教學(xué)中,我們選用物理原始問題引導(dǎo)學(xué)生理解物理概念、規(guī)律時,要充分發(fā)揮原始問題的教學(xué)功能,通過有梯度的問題鏈和有效的教學(xué)手段,引導(dǎo)學(xué)生在對相關(guān)現(xiàn)象分析的基礎(chǔ)上建構(gòu)物理模型,說清道理、理清思路。本文中兩道試題要求學(xué)生將小磁體穿過線圈的實際過程轉(zhuǎn)化成從上至下穿越單匝線圈的模型。在分析磁體穿越單匝線圈的原始問題時,教師可用下列問題引導(dǎo)學(xué)生:全過程可分為幾段?每段的感應(yīng)電流方向如何變化?大小如何變化?何時為零?何時最大?教師用這些問題幫助學(xué)生厘清過程,掌握運(yùn)用楞次定律解決問題的思路,讓學(xué)生描繪此過程中感應(yīng)電流隨時間變化的圖像;再用電流傳感器做演示實驗,驗證學(xué)生的分析結(jié)果。

4.2 將真實情境轉(zhuǎn)換成物理模型

《中國高考評價體系說明》指出,情境是高考評價體系中的考查載體。[3]《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)》在“教學(xué)與評價建議”中指出:“評價學(xué)生的核心素養(yǎng)應(yīng)盡量創(chuàng)設(shè)類型多樣的、具有一定復(fù)雜程度的、開放性的真實情境作為試題的任務(wù)情境?！薄翱茖W(xué)思維”中“模型建構(gòu)”水平4的要求為:“能將實際問題中的對象和過程轉(zhuǎn)換成物理模型?！毙〈朋w穿過鋁管情境源于教材習(xí)題,[4]許多教師將其改進(jìn)后做成教學(xué)用的演示實驗,這類實驗也曾出現(xiàn)在電視臺的科普節(jié)目中,效果較好。在物理教學(xué)中應(yīng)將這些真實實驗素材作為教學(xué)資源,著力培養(yǎng)學(xué)生將真實情境轉(zhuǎn)化成物理模型的能力。[5]

4.3 將同型試題重組為模型題組

在高中物理一輪復(fù)習(xí)中,要運(yùn)用一題多變的教學(xué)方法,通過條件、方法、過程等方面的變化,讓學(xué)生經(jīng)歷同源不同題的分析、解決過程,引導(dǎo)學(xué)生異中求同、同中辨異,在同源問題的歸類比較中培養(yǎng)他們分析、解決問題和思辨的能力。在二輪復(fù)習(xí)專題設(shè)置中,以同源題的“模型題組”為主題,將二輪專題復(fù)習(xí)系列化、模塊化,通過結(jié)構(gòu)化的專題設(shè)置,培養(yǎng)學(xué)生分析和解決問題的能力,讓他們形成解決問題的整體認(rèn)知,全面提升學(xué)生的核心素養(yǎng)。[6]