渗透物理观念 开发高考热学命题资源

(广东省深圳市龙华高级中学，广东 深圳 518109)

1 引言

学科核心素养是学科育人价值的集中体现，是学生通过学科学习而逐步形成的正确价值观念、必备品格和关键能力。物理观念是物理学家经历长期的理论和实验研究，概括总结出的对物理世界的根本认识。爱因斯坦指出：“在建立一个物理学理论时，基本观念起了最主要的作用。物理书上充满了复杂的数学公式，但是所有的物理学理论都是起源于思维与观念，而不是公式。”由此可见，物理观念在物理学形成和发展中发挥着重要作用。

物理观念是物理概念和规律等在头脑中的提炼与升华，是从物理学视角解释自然现象和解决实际问题的基础。高中物理课标关于物理观念划分了5个学业质量水平，水平4是用于高考的命题依据，即：具有清晰的物理观念，能从物理学的视角正确描述和解释自然现象，能综合应用物理知识解决实际问题，能指导工作和生活实践。

生活即物理，物理的考查应加强物理与实际生活的联系，以现代生活实例和现代科技应用为立意的应用型问题已成为物理命题的趋势，理论联系实际成为高考改革的一个永恒主题。近几年来，高考在注重考查基础知识的同时，加大了应用型和能力型题目的考查，每年都有一些背景新颖、内涵深刻、联系科技和社会热点的试题出现，成为高考试题的一大亮点。以热学部分为例，因为热学现象与人们的生产和生活密切联系，高考命题的热点为分子动理论、热力学定律、气体定律等。

2 开发教材资源

高考命题“源于教材，高于教材”，教材就是高考题目的“源”。教材中的插图看似普通，实际上具有很好的导向作用，近几年的高考题中经常出现利用教材上的原图或演示实验，通过改变教材里的表达形式来进行考查。

2.1 挖掘中学物理教材

高考备考最佳的办法就是读透物理教材，在高考命题组的总结中常提及某一试题源于教材，或稍加改造，或做拼合，或稍做提高，如图1中的装置图，考点的切入可以是热力学第一定律，可以是气体状态参量之间的关系，由于这是传统的老图，笔者不作展开，下面着意以新的视角开发命题资源。

图1

如初中物理教材的金属盒气压计(如图2)，可作为热学考查的切入点。弹性金属做成的膜片空盒作为金属空盒气压计的感应元件，利用弹性应力与大气压力相平衡的原理，以它的形变测定气压。以密封在金属膜片空盒内的气体为对象，便有很多命题切入点。

图2

2.2 挖掘中学化学教材

作为高考备考者，关注物理教材已不足以应对当今高考，学科的综合常被作为试题设计的亮点加以凸显，我们必须顺应潮流，把目光放远些，关注化学等学科。

如氨气溶水的喷泉实验(如图3)，当向烧瓶中加入少许水后，立即形成美丽的红色喷泉，形成喷泉的最关键条件是改变瓶内气压。如装置中少了胶头滴管，你又如何使它产生喷泉？可打开夹子，用手或热毛巾等将烧瓶捂热，氨气受热膨胀，赶出玻璃管内空气后就会形成喷泉；或在烧瓶外壁用冷却剂冷却一段时间再打开夹子……看似是化学问题，其中的气体知识可谓是非常丰富，如影响气体压强的因素等。

图3

图4

2.3 挖掘大学物理教材

有些高考命题专家比较熟悉大学物理，大学物理教材中某些实验也可变成高考命题的素材，如《普通物理学》第一册中测量空气比热容的装置(如图4)，其过程比较复杂，但实验的某一过程利用高中物理知识完全可以理解，如“迅速关闭活塞2，由于此过程进行得迅速，可以认为是绝热的，此时瓶内温度会有所下降。当贮气瓶内空气的温度上升至T0(室温)时记下贮气瓶内气体的压强P2”。这一过程的切入点就很多，可设计热学考题。

3 挖掘生活资源

根据前面的分析，我们知道，高考命题的落脚点有时恰恰是我们身边的生活用品或现象，因此高考备考要联系生活实际，关注社会热点；注意观察生活现象，有意识地积累生活、生产中与物理有关的素材，不断提高分析物理现象和应用物理知识解决实际问题的能力；对于生活中我们熟知的一些现象和器具要注意观察，弄清它们所蕴含的物理原理。

3.1 关注人的身体

关注生活，首先关注自己的身体，如自己的呼吸。如图5所示，吸气时膈肌做扩张运动，扩大胸腔体积，肺舒张,体积变大,气压变小,小于外界大气压，空气在大气压的作用下被压入肺里，即为吸气；呼气时，肺收缩,体积变小,气压变大,大于外界大气压，空气在肺中气压的作用下被压出。胸腔内体积的变化，正是造成气压变化的原因，这一生理过程中隐含的物理知识是显而易见的。如果命题者适当挖掘，也能通过生理活动考查气体的有关知识。

图5

3.2 关注生活中的“行”

气式减震器是20世纪60年代以来发展起来的一种新型减震器，它已广泛应用在山地自行车及汽车上。气压减震器利用密封的气体代替弹簧作为减震介质来实现减震目的，其优点是轻且舒适。简单的气式减震器采用单缸，高端的采用正负气压(如图6)，它利用封气活塞将工作气缸分成主气室和辅气室，气室充有高压氮气。当车轮上下跳动时，减震器的工作活塞在缸筒内做往复运动，使工作活塞的上腔和下腔之间产生气压差，产生较大的阻尼，使振动衰减。如果我们研究主气室，抽象为一个打气筒，学生能理解减震的道理，命题的切入点也是丰富的、多样的。

图6

客车车门系统如图7所示，当压缩气体进入左边气缸，会把活塞向右推，右边汽缸的封闭气体被压缩时压强会增大，同时通过传动机构将车门打开，但车门只能徐徐地打开；当压缩气体进入右边气缸时，会把活塞向左推，同时通过传动机构将车门关闭。以左、右两边气缸内气体为研究，可以考查热学中气体的有关知识。

图7

3.3 关注生活中的“玩”

很多玩具的设计运用了物理原理，它是科技改变生活的生动反映。如图8所示，超级水枪中有两个贮水箱A和B，两者通过管道连通。给水枪“装弹”时，只给容量较大的贮水箱A灌水。水枪准备喷射时，多次拉动水泵把手C，每次将水从大贮水箱推入小贮水箱，就会向上推挤小贮水箱内部的空气。当越来越多的水添加到小贮水箱B时，水就会占据越来越大的容积。因为贮水箱的空间有限，占据更多体积的水就会压缩枪体内的空气，使其压强远高于水枪外的空气压强。当向后扣拉扳机时，贮水箱B中空气有足够大的压强，水就会以极高的速度喷射。如果我们研究B箱的变化，箱内气体变化对应的物理过程相当明确，命题要是从这里入手也可打造出有品味的试题。

图8

3.4 关注生活中的“乐”

香槟是庆祝用酒，打开的时候泡沫四散，还有声响，会增加欢乐气氛，常出现在汽车拉力赛颁奖、婚礼等各种庆祝场合。如图9所示，软木塞有效地封闭酒瓶内的气体，德国学者的实验表明：用力摇晃一瓶香槟，其中气体压强可达0.25MPa，软木塞喷出的速度能达到40km/h。根据上述这段材料，就能设计出考查气体压强、气体对外做功的好题目。

图9

只要我们留心观察，在我们的周围总能找到所需的热学命题情景或模型，除上述案例以外，如高压锅、手风琴、气垫鞋、空气压缩机、吹出的肥皂泡等都能作为热学命题的情景，这样原创的试题立意新，紧密联系生活，可更好地考查学生运用物理知识解释生活现象的能力，更能激发学生学习物理的兴趣。