从高考命题对物理学科素养考查中得到的启示

陈智昌

纵观每年的高考物理试题，虽然不同时空有所差异，但共同的特点都是要求考生理解物理概念、掌握物理规律、物理知识及科学方法在生活中的物理事件乃至在高科技中的应用。看清高考命题对考生物理学科素养的考查，有助于提高高考备考复习效率，做到事半功倍。

一、理科综合物理试题中重视物理观念的形成和应用科学思维解决生活中的实际问题

物理学科核心素养的首要要求是生活中必须要有物理观念。这决定了物理知识在生活中的应用是历年高考的重点，这些应用同时要求学生具有一定的科学思维，能准确构建物理模型，将实际问题模型化，对学生的这种抽象思维能力要求较高，这类试题能将死读书、读死书和会读书的学生很好的区分开来。

1.形成准确的物理观念，科学利用信息解答物理问题，考查知识迁移的能力

【例1】如图所示的为节日里悬挂灯笼的一种方式，A、B点等高，O为结点，轻绳AO、BO长度相等，拉力分别为FA、FB，灯笼受到的重力为G.下列表述正确的是（本题只有一个选项正确）

A.FA一定小于G

B.FA与FB大小相等

C.FA与FB是一对平衡力

D.FA与FB大小之和等于G

【解析】节点O受到三个力的作用，且处于受力平衡的状态，由于轻绳AO、BO长度相等，A、B两点等高，因此，轻绳AO、BO与水平方向间的夹角相等，根据对称性，轻绳AO、BO的拉力FA、FB的大小相等，选项A正确。

【点评】在我国节日里悬挂灯笼是非常常见的现象，将力的平衡条件用于解答该问题是典型的物理知识在实际问题中的应用，此题难度不是很大，但要判断拉力FA与笼受到的重力G的大小关系，必须知道轻绳与竖直方向的夹角，题设中没有提供这个角度，因此，无法确定这两个力的大小关系。该题很好地考查了学生应用物理观念——运动观、相互作用观来分析解决实际问题的能力，是一道富有创意但难度不大的应用题。

2.巧用科学思维，将实际问题抽象为物理模型，考查物理知识综合运用的能力

【例2】如图所示，某种自动洗衣机进水时，与洗衣缸相连的细管中会封闭一定质量的空气，通过压力传感器感知管中的空气压力，从而控制进水量。设温度不变，洗衣缸内水位升高，则细管中被封闭的空气（本题只有一个选项正确）

A.体积不变，压强变小

B.体积变小，压强变大

C.体积不变，压强变大

D.体积变小，压强变小

【解析】可以研究与洗衣缸相连的细管中会封闭的一定质量空气，根据玻意耳-马略特定律的等温变化的特征，当温度不变时，若洗衣缸内水位升高，则被封闭在细管中的空气体积变小，空气压强变大，选项B正确。

【点评】自动洗衣机是一个比较常见的家用电器，其每个单元的工作原理可能不一定清楚，但“通过压力传感器感知管中的空气压力，从而控制进水量”这个观点，可以确定压力传感器的基本功能，从而进一步可以确定当洗衣缸内水位升高时，细管中被封闭的空气的体积变化情况。利用气体作等温变化的特征，可以判断气体的压强变化。本题既对学生的热学知识的综合能力有较高要求，也重点考查学生掌握模型构建及科学推理的能力，是一道比较实用的创新题。

二、理科综合物理试题中巧妙设置物理实验应用题，重在考查实验探究能力

物理学科要培养学生实验探究的素养。高考中物理实验部分的设计是对这一素养的最好考查。同时也体现了物理是以实验为基础的学科特色，在物理实验的高考命题上必定会以实验目的、实验原理、器材、方法步骤、数据记录及分析、实验结论、误差分析及改进措施等要素的考查来呈现。

【例3】

（1）如图所示的是某同学在做匀变速直线运动实验中获得的一条纸带。

①已知打点计时器电源频率为50Hz，则纸带上打相邻两点的时间间隔为_______；

②ABCD是纸带上四个计数点，每两个相邻计数点间有四个点没有画出。从图中读出A、B两点间距s=____________；C点对应的速度是_________（计算结果保留三位有效数字）。

（2）某同学利用电压表和电阻箱测定干电池的电动势和内阻，使用的器材还包括定值电阻（R0=5Ω）一个，开关两个，导线若干，实验原理图如图（a）所示。

①在图（b）的实物图中，已正确连接了部分电路，请完成余下电路的连接；

②请完成下列主要实验步骤；

A.检查并调节电压表指针指零；调节电阻箱，示数如图（c）所示，读得电阻值是__________；

B.将开关s1闭合，开关s2断开，电压表的示数是1.49V；

C.将开关s2__________，电压表的示数是1.16V；断开开关s1。

③使用测得的数据，计算出干电池的内阻是________（计算结果保留二位有效数字）；

④由于所用电压表不是理想电压表，所以测得的电动势比实际值偏____（填“大”或“小”）。

【解析】

（2）①电路连接如下图所示；

②A.根据电阻箱可以直接读出R=20Ω，C.闭合；

【点评】

（1）在进行毫米刻度尺的度数时，要注意尺的最小刻度为1mm，因此，A、B两点距离的读数结果必须要估读一位，其结果为s=0.70cm；在进行C点速度的计算时，题目要求保留三位有效数字，因此，

（2）③由题设知，将开关s1闭合，开关s2断开时，电路没有接通，因此，电压表的示数是1.49V（电动势的测量值），可以认为是电源的开路电压，因此，E=1.49V，根据闭合电路欧姆定律可得1.16V=，得到r=0.69Ω（结果要保留两位有效数字）；

④若所用电压表不是理想电压表，则要考虑电压表内阻的影响，即电压表的示数1.49V不是电源的电动势，而是路端电压，由1.49V=，得到，可见，所测电动势比实际值偏小。

在实验的设置上，每年的高考物理题中都有一些大胆的尝试，取得了不错的效果，但总的来说，难度偏大，学生做实验题时有如履薄冰、如临深渊的感觉。这是一道既能考查实验能力、设置又比较巧妙的物理实验应用题。因此，考生必须具有扎实的实验基础知识及科学的实验探究思维才能完成。

三、理科综合物理试题中体现学科综合素养的高低

高考应具有很强的选拔功能，因此，高考试题中出现一些能力要求高的物理试题是正常的，这种试题应有很高的区分度，能将学科综合能力强和学科素养高的学生选拔出来。而将时间和空间进行转换并结合其它物理原理将具体的物理问题解答出来的命题思路足以体现这一选拔功能。

【例4】如图（a）所示，左为某同学设想的粒子速度选择装置，由水平转轴及两个薄盘N1、N2构成，两盘面平行且与转轴垂直，相距为L，盘上各开一狭缝，两狭缝夹角θ可调（如图（b）所示）；右为水平放置的长为d的感光板，板的正上方有一匀强磁场，方向垂直纸面向外，磁感应强度为B。一小束速度不同、带正电的粒子沿水平方向射入N1，能通过N2的粒子经O点垂直进入磁场。O到感光板的距离为，粒子电荷量为q，质量为m，不计重力。

（1）若两狭缝平行且盘静止（如图（c）所示），某一粒子进入磁场后，竖值向下打在感光板中心点M上，求该粒子在磁场中运动的时间t；

（2）若两狭缝夹角为θ0，盘匀速转动，转动方向如图（b）所示。要使穿过N1、N2的粒子均打到感光板P1P2连线上，试分析盘转动角速度ω的取值范围（设通过N1的所有粒子在盘转一圈的时间内都能到达N2）。

【解析】（1）根据该带电粒子在磁场中的运动情形，可以直接判断该粒子在磁场中的运动的轨迹应为圆周，由向心力公式知，得到

（2）（一）先讨论粒子在磁场中的运动

由题设可知，从O点进入到磁场中的粒子要打到感光板P1P2连线上，其速度的大小必须满足一定的条件，设能打到感光板的最小速度为v1，最大速度为v2，则最小速度的粒子应击中P1，最大速度的粒子应击中P2

①由图1可知，根据几何关系，击中P1的粒子在磁场中运动的半径为

（二）再讨论粒子在N1、N2间的运动

能穿过N1、N2的粒子，必须满足的条件是

①当粒子以最小速度v1进入N1后，只有当盘转动角速度ω满足，粒子才能穿过N2而进入到磁场中

②当粒子以最大速度v2进入N1后，只有当盘转动角速度ω满足，粒子才能穿过N2而进入到磁场中

综合以上讨论可知，要使穿过N1、N2的粒子均打到感光板P1P2连线上，盘转动角速度ω的取值范围是

【点评】

（1）讨论粒子在磁场中的运动，实际上是研究粒子在空间中的运动。要使粒子能击中感光板，并打在感光板的连线P1P2上，可以根据空间尺寸的大小推出粒子在磁场中运动的最小速度和最大速度，从而确定粒子的速度范围；

（2）讨论粒子在N1、N2间的运动，实际上是研究粒子在相同的空间中具有不同运动时间的运动。

进入到N1、N2间的粒子能够穿过薄盘N2而进入到磁场中的粒子，可以根据其入射的速度大小确定它在该空间的运动时间，从而确定薄盘转动角速度ω的取值范围；

（3）粒子在不同时间和不同空间的运动还满足一定的内在联系，当以最小速度入射的粒子最终能击中的位置只能是P1，而该粒子在N1、N2间的运动时间最长；当以最大速度入射的粒子最终能击中的位置只能是P2，而该粒子在N1、N2间的运动时间最短。这种时间和空间的相互制约决定了粒子的实际运动。

（4）本题主要考查学生综合运用物理知识的能力，同时，也考查学生能否合理利用时间与空间的转换进行思维，考生对此题的完成情况充分体现其学科综合素养的高低，是一道能力要求较高的物理综合题，也是今后的命题方向。

四、从高考命题到“物理核心素养”考查的高三复习启示

“3+理科综合/文科综合”高考模式将在两年后的新高考改革中落下帷幕，最后两年的高考全国卷中，就物理学科而言，在一定程度上可能不会增加试题的难度，因此，根据“高考命题对学生物理学科素养的考查”特点，得到高三物理复习备考的几点启示：

1.物理学科高考命题会始终立足于基础。所以在第一轮复习中，突出落实基础知识，形成系统物理观念，培养学生解决物理问题的基本技能，这是物理复习最基本的要求，历年高考试题会发生变化，但考查的物理基础知识不会变；

2.提高学生的科学思维能力。在第二轮复习中，突出能力的训练和提高，通过小范围的专题复习，掌握物理学科各个模块解决问题的基本方法。物理试题中的物理事件可以变化，但解决问题所需的科学思维及方法不会变；

3.冲刺阶段，发挥学生的学科综合素养，挖掘学生的解答能力。因此，在第三轮复习中，利用综合训练、模拟训练，体验解答整体试卷的感受，培养学生的知识迁移能力，并利用这种能力去解决比较复杂的新问题，使其逐渐适应高考的“压轴题”。通过学科教学及高考选拔，终究让学生拥有终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力。