2018年高考试题注重对核心素养的考查——以2018年高考物理选择题和实验题为例

■北京市丰台区第二中学 公衍录(特级教师)

2018年高考全国卷中的物理试题坚持立德树人,严格遵循考试大纲的要求,聚焦主干内容,注重对考生核心素养的考查。下面以2018年高考物理试题中的选择题和实验题为例说明。

一、对物理观念的考查

2018年高考全国卷中物理试题增加了对物理基本概念、基本规律定性理解的试题,适当减少了复杂的运算,引导备战2019年高考的考生加强对基础知识的理解和掌握。试题要求考生从物理观念(包括物质观念、运动与相互作用观念、能量观念等要素)的视角思考问题,促进考生物理观念的形成与发展。

例1(全国Ⅰ卷)高铁列车在启动阶段的运动可视为初速度为零的匀加速直线运动。在启动阶段,列车的动能( )。

A.与它所经历的时间成正比

B.与它的位移成正比

C.与它的速度成正比

D.与它的动量成正比

解析：由动能的定义式Ek=m v2和v2=2a x可推导出Ek=max。

答案：B

点评：本题以高铁在启动阶段做匀加速直线运动为情景,要求考生寻找动能分别与时间、位移、速度、动量之间的关系。考查了时间、位移、速度、动量、动能等物理概念,侧重考查物理学科核心素养中的物理观念。

图1

例2(全国Ⅱ卷)如图1所示,某同学用绳子拉动木箱,使它从静止开始沿粗糙水平路面运动至具有某一速度,木箱获得的动能一定( )。

A.小于拉力所做的功

B.等于拉力所做的功

C.等于克服摩擦力所做的功

D.大于克服摩擦力所做的功

解析：在用力拉动木箱的过程中,木箱受重力、拉力、支持力和摩擦力作用。重力和支持力均与木箱的运动路径垂直,对木箱不做功,只有拉力和摩擦力对木箱做功。由动能定理得WF+Wf=m v2-0,摩擦力又做负功,故拉力做的功等于木箱获得的动能与木箱克服摩擦力做的功之和,即木箱获得的动能一定小于拉力做的功。木箱获得的动能与其克服摩擦力做功的大小关系不能确定。

答案：A

点评：本题不涉及定量的计算,着重考查考生对功的定义、动能定理等基本物理概念和基本物理规律的理解。在复习备考时同学们需要利用能量观念解决问题,促进物理学科核心素养中物理观念的提升。

图2

例3(全国Ⅰ卷)如图2所示,三个固定的带电小球a、b和c,相互间的距离分别为ab=5cm,bc=3cm,ca=4cm。小球c所受库仑力的合力的方向平行于小球a、b的连线。设小球a、b所带电荷量的比值的绝对值为k,则( )。

A.小球a、b的电荷同号,k=

B.小球a、b的电荷异号,k=

C.小球a、b的电荷同号,k=

D.小球a、b的电荷异号,k=

解析：当小球c所受a、b对它的库仑力的合力与小球a、b连线平行时,由知场强如图3甲或乙所示,所以小球a、b的电荷一定异号。由图知,又有,解得

答案：D

图3

点评：本题可以根据场强、场强的合成与分解等物理规律求解,也可根据库仑定律、库仑力的合成与分解求解。旨在检测考生的相互作用观念,在复习备考中同学们需要回归教材中的基础内容,夯实学习基础。

二、对科学思维的考查

科学思维包括模型建构、科学推理、科学论证、质疑创新等要素。

1.加强对模型建构能力的考查。

模型建构是新修订的课程标准中物理学科核心素养的重要方面。实际问题中的研究对象往往比较复杂,需要抓住主要因素,忽略次要因素,进行理想化的处理,建立起能够描述客观事物本质的抽象的物理模型。高考注重考查模型建构能力,有助于考生深入思考如何建立模型并利用模型解决实际问题。

例4(全国Ⅱ卷)2018年2月,我国500m口径射电望远镜(天眼)发现毫秒脉冲星“J 0318+0253”,其自转周期T=5.19m s。假设星体为质量均匀分布的球体,已知引力常量为6.67×10-11N·m2/k g2。以周期T稳定自转的星体的密度最小值约为( )。

A.5×109k g/m3B.5×1012kg/m3

C.5×1015k g/m3D.5×1018kg/m3

解析：设星体半径为r,选星体表面处一小块物体为研究对象,若星体稳定自转不瓦解,则此小块物体所受到的星体其余部分对它的引力,必须“大于或等于”它做匀速圆周运动所需的向心力。当“等于”时,星体密度最小,此时对该小块物体有解得星体质量又有星体的体积所以星体密度的最小值

答案：C

点评：本题需要考生根据题给情境,建立相应的物理模型,即当脉冲星表面处一小块物体(研究对象的选取——质点模型)所受到的星体其余部分对它的引力,等于它做匀速圆周运动(运动模型)所需要的向心力时,对应的星体的密度最小。

2.加强对科学推理、科学论证能力的考查。

推理论证是一种重要的思维形式,是人类认识客观事物和表达思想的重要工具,也是同学们学习物理理论知识、研究物体运动过程不可或缺的重要能力。推理论证的每一步都要以理论和事实为依据,同时伴随着逻辑思维的发生。深刻理解各种基本概念和基本规律、认真分析事实,是进行推理论证的前提和基础。高考加强对推理论证能力的考查,有助于考生实现对物理知识的融会贯通、举一反三。

例5(全国Ⅰ卷)如图4所示,a b c是竖直面内的光滑固定轨道,a b水平,长度为2R；b c是半径为R的四分之一圆弧,与a b相切于b点。一质量为m的小球,始终受到与重力大小相等的水平外力的作用,自a点从静止开始向右运动。重力加速度大小为g,小球从a点开始运动到其轨迹最高点,机械能的增量为( )。

A.2mgRB.4mgR

C.5mgRD.6mgR

解析：水平外力F=mg,设小球离开c时的速度为v,从a点到c点应用动能定理得解得将小球离开轨道后的运动沿水平方向和竖直方向分解,其竖直分运动是竖直上抛,故小球离开轨道后的上升时间；其水平分运动是初速度为零的匀加速直线运动,加速度大小等于g,故小球从离开轨道至轨迹最高点的过程中,水平位移2R。因此小球从a点开始运动到其轨迹最高点的过程中,水平外力做的功W=mg(2R+R+2R)=5mgR,由能量守恒定律知小球机械能的增量等于5mgR。

答案：C

点评：本题隐含着c点不是小球运动轨迹的最高点这一条件。主要考查科学思维中的模型建构(运动模型)、科学推理,以及科学论证等要素。

3.加强对质疑创新能力的考查。

例6(全国Ⅰ卷)2017年,人类第一次直接探测到来自双中子星合并的引力波。根据科学家们复原的过程,在两颗中子星合并前约100s时,它们相距约400k m,绕二者连线上的某点每秒转动12圈。将两颗中子星都看成是质量均匀分布的球体,由这些数据、引力常量并利用牛顿力学知识,可以估算出这一时刻两颗中子星( )。

A.质量之积 B.质量之和

C.速率之和 D.各自的自转角速度

解析：在双星模型中,双星的角速度相等,向心力大小相等。两星绕二者连线上一点转动的角速度ω=2 πf,两星间的距离L=r1+r2,双星彼此之间的万有引力充当各自做圆周运动所需的向心力,则两式化简并相加得,选项B正确。又因为v1=ω r1,v2=ω r2,两式相加得v1+v2=ω L,选项C正确。

答案：B C

点评：本题将最新的科学研究成果与基础知识相结合,让考生利用高中所学物理知识解决相关的实际问题,从而使考生真切体会到物理规律的用处,懂得学习物理的意义所在,培养考生探索自然的愿望,激发考生学习物理的兴趣。

三、对科学探究的考查

科学探究包括问题、证据、解释、交流等要素。2018年高考物理试题中的实验题,通过增强试题的开放性和探究性,着重考查考生的科学探究能力。

例7(全国Ⅱ卷)某同学组装一个多用电表,可选用的器材有：微安表头(量程100μA,内阻900Ω),电阻箱R1(阻值范围为0～999.9Ω),电阻箱R2(阻值范围为0～99999.9Ω),导线若干。

要求利用所给器材先组装一个量程为1mA的直流电流表,在此基础上再将它改装成量程为3V的直流电压表。组装好的多用电表有电流1mA和电压3V两挡。

回答下列问题：

图5

(1)在图5的虚线框内画出电路图并标出R1和R2,其中*为公共接线柱,a和b分别是电流挡和电压挡的接线柱。

(2)电阻箱的阻值应取R1=____Ω,R2=____Ω。(保留到个位)

解析：(1)微安表与电阻箱R1(并联小电阻以分流)并联后改装成大量程电流表,再与电阻箱R2(串联大电阻以分压)串联后改装成电压表,如图6所示。

图6

图7

点评：本题要求考生根据实验目的和所给器材,应用直流电路的重要规律——欧姆定律,串、并联电路的特点等,设计实验电路,改装电流表和电压表。主要考查的是考生的基本实验能力和简单的电路设计能力等科学探究能力。

四、对科学态度与责任的考查

科学态度与责任包括科学本质、科学态度、科学伦理、STSE等要素。

例8(全国Ⅱ卷)高空坠物极易对行人造成伤害。若一个50g的鸡蛋从一居民楼的25层坠下,与地面的碰撞时间约为2m s,则该鸡蛋对地面产生的冲击力约为( )。

A.10N B.102N

C.103N D.104N

解析：先根据日常生活知识估算出25层楼的高度,再利用自由落体运动估算出鸡蛋落地时的速度,然后利用动量定理估算出鸡蛋对地面产生的冲击力大小。每层楼高约3m,所以鸡蛋下落高度h=(25-1)×3m=72m。鸡蛋坠下过程中,可按只受重力处理,机械能守恒,则mgh=m v2,解得v=38m/s。鸡蛋在与地面碰撞的过程中受重力和地面的冲击力作用,选竖直向下为正方向,对鸡蛋应用动量定理得(mg-N)t=0-m v,解得N=103N。根据牛顿第三定律可知,鸡蛋对地面产生的冲击力大小F=N=103N。

答案：C

点评：让考生分析解决日常生活中的物理问题,能有效地促进考生基于真实情境下的问题解决能力的发展。估算出鸡蛋坠落对地面产生的冲击力为103N,就会对高空坠物给行人可能造成的伤害有一直观的认识,从而自觉做到遵守社会公德,杜绝高空坠物等不文明行为,增强建设文明社会的责任感。

2018年全国卷各套理科综合试卷中的物理试题均呈现出了重视对基本概念、基本规律的考查,加强对关键能力即科学思维的考查,体验合作、交流以考查科学探究能力,关注理论联系实际以突出对科学态度与责任的考查的特点。核心素养必将成为今后高考的重要考查内容,因此同学们在复习备考过程中,只有注重对物理核心素养的培养,才能在高考中取得成功。