物理概念的理解与高考综合分析能力的提高

陈志胜

（泉州市第五中学 福建 泉州 362000）

高考中物理学科考试以能力测试为主导，注重对考生物理科学素养的考查.《普通高等学校招生全国统一考试大纲（理科·课程标准实验）》概括的5种主要能力中，综合分析能力是体现考生学科能力和素养的核心能力.对考生综合分析能力的影响最大的因素就是物理概念的理解、掌握与运用，下面以近几年高考中出现的优秀试题为例说明概念理解在物理问题综合分析中的重要意义.

1 理解概念的确切含义是提高综合分析的清晰程度和简捷程度的要求

【例1】（2011年高考江苏卷第9题）如图1所示，倾角为α的等腰三角形斜面固定在水平面上，一足够长的轻质绸带跨过斜面的顶端铺放在斜面的两侧，绸带与斜面间无摩擦.现将质量分别为M 和m（M＞m）的小物块同时轻放在斜面两侧的绸带上.两物块与绸带间的动摩擦因数相等，且最大静摩擦力与滑动摩擦力大小相等.在α角取不同值的情况下，下列说法正确的有

A.两物块所受摩擦力的大小总是相等

B.两物块不可能同时相对绸带静止

C.M 不可能相对绸带发生滑动

D.m不可能相对斜面向上滑动

图1

分析与说明：本题是选择题的压轴题，重点考查牛顿第二定律、摩擦力和最大静摩擦力临界条件的应用，为双斜面情景中的两个物体问题.要求考生有很强的综合分析能力.正确选项：A，C.本题应该最先确定的是选项A，这正是对学生概念理解准确性要求最高的点，学生能否快速、准确地把握理想模型“轻质绸带”的概念直接决定其后续分析的清晰程度和简捷程度.

“轻质”是高中物理力学问题中最常见的物理概念，意思是不考虑物体的质量，即视为m＝0.常见有“轻质绳”“轻质杆”“轻质弹簧”，这3种模型有共同的特点，当它们受两个相反方向的力F1和F2作用时，根据牛顿第二定律，F1－F2＝ma，由于m＝0，因此总有F1＝F2.由此可见本题由“轻质绸带”可快速确定选项A正确；再注意到M＞m且最大静摩擦力与滑动摩擦力大小相等，则随着α角的增大，m先达到临界状态先与绸带发生相对滑动，而两者发生相对滑动后，物体与绸带的间摩擦力就保持不变，始终等于m与绸带的滑动摩擦力，不可能增大到M的临界状态，因此选项C正确.

2 理解相关概念的区别和联系是进行正确分析及判断的重要保证

【例2】（2013年高考上海卷第20题）图2为在平静海面上，两艘拖船A和B拖着驳船C运动的示意图.A和B的速度分别沿着缆绳CA和CB方向，A，B，C不在一条直线上.由于缆绳不可伸长，因此C的速度在CA，CB方向的投影分别与A，B的速度相等，由此可知C的

A.速度大小可以介于A，B的速度大小之间

B.速度大小一定不小于A，B的速度大小

C.速度方向可能在CA和CB的夹角范围外

D.速度方向一定在CA和CB的夹角范围内

图2

分析与说明：本题是选择题的压轴题，重点考查力、运动的合成与分解的知识，正确选项：B，C.由于结合了力与运动关系的知识，考试中失分率非常高，虽然大部分考生能区分“运动的合成与分解”和“力的合成与分解”，但是对选项C仍然无法清晰理解和解释，其中的关键在于对题中的隐含的“力与运动关系”概念理解不到位，因而建立不起准确的物理联系而受阻.图示为“两艘拖船A和B拖着驳船C运动的示意图”，包含“运动”和“受力”两个概念，根据运动的分解很容易得知选项B正确；如果注意到力是改变运动的原因，也就是力的方向与运动方向没有简单确定的关系（可能成任意夹角），而题中并未说明驳船的运动状态，可见如果驳船在做曲线运动，则拉力方向（即CA和CB的方向）就必须指向曲线圆弧内侧，即速度方向指向CA和CB的夹角范围外，因此选项C正确.

3 理解概念的表达形式以及简单应用是物理学科能力的一种基本体现

【例3】（2013年高考安徽卷第17题）质量为m的人造地球卫星与地心的距离为r时，引力势能可表示为，其中G 为引力常量，M 为地球质量.该卫星原来的在半径为R1的轨道上绕地球做匀速圆周运动，由于受到极稀薄空气的摩擦作用，飞行一段时间后其圆周运动的半径变为R2，此过程中因摩擦而产生的热量为

分析与说明：本题重点考查万有引力定律和能量的转化和守恒定律的应用，要求学生有较强的理解能力、综合分析能力，尤其是理解新概念并将所学物理方法迁移应用的能力.因为题目中提供了新概念“引力势能”及其表达式，这要求学生准确理解动能、势能、机械能及功能关系，先由万有引力定律、牛顿第二定律，得

求出卫星在对应轨道的机械能表达式

然后根据能量的转化与守恒定律可知，此过程中因摩擦而产生的热量就等于此过程机械能的损失，即

计算可得选项C正确.本题不少学生由于概念模糊，认为产生的热量等于势能的损失而错选了选项A.

4 理解应用概念和规律的适用条件是提高分析综合能力的保证 也是物理学科素养体现

【例4】（2013年高考福建理综卷第22题）如图3（a），空间存在－范围足够大的垂直于x Oy平面向外的匀强磁场，磁感应强度大小为B.让质量为m，电荷量为q（q＞0）的粒子从坐标原点O沿加x Oy平面以不同的初速度大小和方向入射到该磁场中.不计重力和粒子间的影响.

图3

（1）若粒子以初速度v1沿y轴正向入射，恰好能经过x 轴上的A（a，0）点，求v1的大小；

（2）已知一粒子的初速度大小为v（v＞v1）.为使该粒子能经过A（a，0）点，其入射角θ（粒子初速度与x轴正向的夹角）有几个？并求出对应的sinθ值；

（3）如图3（b），若在此空间再加入沿y轴正向、大小为E的匀强电场，一粒子从O点以初速度v0沿y轴正向发射.研究表明：粒子在x Oy平面内做周期性运动，且在任一时刻，粒子速度的x分量vx与其所在位置的y坐标成正比，比例系数与场强大小E无关.求该粒子运动过程中的最大速度值vm.

分析与说明：本题作为压轴题（详细解答请查阅2013年福建高考试题、参考答案），重点考查带电粒子在复合电磁场中的运动问题，难点是第（3）小题中的运动情景，带电粒子周期性运动的轨迹是一条比较复杂的曲线，要求考生能理解并运用提供的新结论进行分析并解答.本题在根据洛伦兹力不做功推出y坐标最大时速度最大后，最关健的就是对所提供的结论“粒子在x Oy平面内做周期性运动，且在任一时刻，粒子速度的x分量vx与其所在位置的y坐标成正比，比例系数与场强大小E无关.”中，所涉及的概念的理解、转化和表达能力.一是速度大小与空间坐标关系的建立（vm＝kym），二是比例系数未知的问题.核心点就是“比例系数与场强大小E无关”的理解与转化，这需要考生能理解并推理到特殊情况就是：当E＝0时，粒子只受磁场力作用做匀速圆周运动而且遵循上述关系，则可得v0＝kR0，从而解出正确结果.上述通过推理、转化、巧妙地解决“比例系数”这一难点的方法，体现了物理学中从一般到特殊分析问题的基本思想，要求考生具备非常高的物理学科能力和科学素养.

从上述几个实例可看出物理概念的理解在综合能力考查中所起的重要作用，这是制约学生综合分析能力及至物理学科能力提升的首要因素，也是学生学习过程中往往忽视的要点，因此在教学过程中可参考高考大纲提出具体要求：理解物理概念、物理规律的确切含义，理解物理规律的适用条件，以及它们在简单情况下的应用；能够清楚地认识概念和规律的表达形式（包括文字表述和数学表达）；能够鉴别关于概念和规律的似是而非的说法；理解相关知识的区别和联系.通过重视加强物理概念的理解能力培养，提高学生综合分析能力，努力实现既提高物理学科能力又提高科学素养的目标.