经典试题对物理核心素养考查的方法与启示——以2013年全国1卷压轴题为例

蒋金团

(云南省保山市施甸县第一中学 678200)

在这个科学技术日新月异的时代，知识量成倍增长，学科交叉日益繁杂，只有“博而精”的人才才能适应科技快速发展的态势，在未来世界占有一席之地，但任何人都不可能在学校里学完所有知识.因此在学校教育中，特别是学科教学中，必须优先选择那些有利于终身发展的基本的知识作为培养学生核心素养的载体.

物理学科的核心素养主要有物理观念与应用、科学思维与创新、科学探究与思维、科学态度与责任四个方面.

物理观念与应用:从物理学角度形成的关于物质、运动与相互作用、能量等的基本认识，是物理概念和规律等在头脑中的提炼和升华.“物理观念“包括物质观,运动观、相互作用观、动量观、能量观等要素.

科学思维与创新:从物理学角度对客观世界的本质属性、客观规律及相互联系的认识方式, 是基于事实建构理想模型的概括过程，是分析综合、逻辑推理等物理思维方法的内化，是基于经验事实和逻辑推理对不同观点提出质疑批判，进而提出创造性观点的能力与品质.“科学思维”主要包括科学推理、科学论证，质疑创新等要素.

科学探究与思维:提出物理问题,形成猜想和假设,获取和处理信息，基于证据得出结论并做出解释,以及对实验探究过程和结果进行交流、评估、反思的能力.

科学态度与责任:对科学研究应要遵循实事求是的态度，通过物理教学必须让学生深刻领悟到物理学发展过程中表现出来的尊重事实、实事求是的科学探究态度，并能在工作和学习中坚持做到实事求是.

一、试题解答过程中涉及的物理核心

如图1所示，两条平行导轨所在平面与水平地面的夹角为θ，间距为L.导轨上端接有一平行板电容器，电容为C.导轨处于匀强磁场中，磁感应强度大小为B，方向垂直于导轨平面.在导轨上放置一质量为m的金属棒，棒可沿导轨下滑，且在下滑过程中保持与导轨垂直并良好接触.已知金属棒与导轨之间的动摩擦因数为μ，重力加速度大小为g.忽略所有电阻.让金属棒从导轨上端由静止开始下滑，求：

(1)电容器极板上积累的电荷量与金属棒速度大小的关系；

(2)金属棒的速度大小随时间变化的关系

解法一运用微元法求解

(1)设金属棒下滑的速度大小为v，则感应电动势为E=BLv①

平行板电容器两极板之间的电势差为U=E②

设此时电容器极板上积累的电荷量为Q，按定义有

联立①②③式得Q=CBLv④

(2)设金属棒的速度大小为v时经历的时间为t，通过金属棒的电流为i，金属棒受到的磁场的作用力方向沿导轨向上，大小为f1=BLi⑤

ΔQ也是平行板电容器极板在时间间隔(t,t+Δt)内增加的电荷量,由④式得ΔQ=CBLΔv⑦

式中，Δv为金属棒的速度变化量.按定义是

金属棒所受到的摩擦力方向斜向上，大小为

f2=μFN⑨

式中，FN是金属棒对于导轨的正压力的大小，有

FN=mgcosθ⑩

金属棒在时刻t的加速度方向沿斜面向下，根据牛顿第二定律有mgsinθ-f1-f2=ma

解法二运用能量守恒定律求解

(1)第一问同解法一.

(2)先用面积法推导一下电容器的电场能公式.

电源给电容器的充电过程可以等效为将电荷逐个从原本中性的两极板中的一个极板移到另一个极板的过程，在移动过程中克服电场力做功，电源的电能转化为电容器的电场能.实验表明：电容器两极板间的电压与电容器所带电量关系如图2所示.

设金属棒下滑的距离为X时，其速度为v，根据法拉第电磁感应定律，电动势E=BLv

此时电容器储存的电场能

导体棒下滑时，减少的重力势能一部分 转化为摩擦生热，一部份转化为动能，还有一部分转化为电容器的电场能，由能量守恒定律得

把该式和匀变速直线运动的规律v2=2ax比较可知

所以t时刻金属棒的速度大小为

解法三运用动量观点求解

(1)第一问同解法一.

(2)设金属棒的速度大小为v时经历的时间为t，

感应电荷量q=CU=CBLv

对导体棒列动量定理：

mgsinθt-μmgcosθt-I安=mv

联立各式解得

二、学生核心素养的培养

从以上的解答可以看出来，无论是采用微元法、能量守恒法还是动量定理法，都要求学生具有较高的推理能力、迁移能力和变通能力，学生只有具备过硬的核心素养，才能在考场上游刃有余，从容不迫的应对.笔者认为培养高中生的核心素养，应做到以下几点.

1.让学生构建物理知识体系，理解概念、规律的内涵和外延.

物理教学中，应注重对基本概念、基本思想、基本规律的理解和掌握，对一些核心的概念规律和方法要采用“循序渐进”、“追根究底”的教学策略，不但将它们贯穿于三年高中物理教学，还要帮助学生了解他们的来龙去脉，让学生体验概念的形成过程.通过创造“身临其境”的环境让学生充分理解这些概念的内涵和外延，领悟规律发现过程中所用的巧妙方法；让学生重走科学家的探寻之路，感受科学家探究规律过程中表现出来的恒心与毅力，并将这些优秀品质内化为自身的一部分.

2.渗透思想方法，加强科学方法教育

物理学科中有丰富多彩的思想方法，只有掌握它们，才能对客观事物的本质属性、内在规律及相互联系认识清楚，进而提出创造性的见解.如理想模型法、比值定义法、微元法、面积法、等效替代法、分解法、面积法、整体法、假设法等等，应将这些方法渗透在平时的教学中，内化为学生自己的方法，成为学生科学思维的重要组成部分.

3.多方位培养学生学习物理的兴趣

兴趣是最好的老师，一旦学生对学习有了兴趣，学习就不是他们的负担，而成为他们的责任.教学中可以从以下几方面入手：多鼓励学生利用生活中的物品自制教具，对创新实验进行表扬；周末开放物理实验室，让学生有条件设计和验证自己的猜想；教师将自己对物理兴趣的正能量传递给学生；让学生在物理学习中获得成功体验等等.

物理教学最本质、最核心的追求是培养学生物理核心素养，对物理核心素养的认识及对学生物理核心素养的培养策略，是一个不断深入的过程，我们必须不断地探索、思考、实践.