基于高中物理科学思维培养导向的高考物理试题例析*——以 2019年高考新课标 Ⅰ卷第14题为例

刘顶松 石建威

(英德市第一中学 广东 清远 513000)

高考新课标卷物理试题与教材、课程标准、考试大纲及说明和往年高考试题有千丝万缕的联系，值得物理教师思考、深入研究和总结．利用好往年真题进行思考与研究，可以有效促进物理教育教学和教研．下面以 2019年高考全国新课标理综 Ⅰ卷第 14题为例抛砖引玉．

1 真题赏析——氢原子能级示意图+氢原子跃迁

【例1】(2019年高考新课标Ⅰ卷第14题)氢原子能级示意图如图1所示．光子能量在1.63 eV～3.10 eV的光为可见光．要使处于基态(n=1)的氢原子被激发后可辐射出可见光光子，最少应给氢原子提供的能量为( )

A．12.09 e V B.10.20 eV

C．1.89 eV D．1.5l eV

图1 例1题图

考点分析:选修 3-5氢原子光谱(Ⅰ)，氢原子的能级结构、能级公式(Ⅰ).

能力考查分析:分析综合能力、应用数学处理物理问题的能力.

核心素养分析:

(1)物理观念

物质观——氢原子、光子.

运动观——跃迁.

能量观——光能、动能.

(2)科学思维

模型构建——能级图(氢原子)、氢原子跃迁.

科学推理——给处于基态的氢原子用光照或高速电子碰撞的形式提供足够的能量会激发至激发态，激发态的氢原子不稳定，在向低能级跃迁时会辐射出光子．

1)要使处于基态(n=1)的氢原子被激发后可辐射出光子，至少要激发到n=2的能级，最少应给氢原子提供的能量为

E=ΔEmin=

[-3.40-(-13.60)] eV=10.20 eV

2)n=3跃迁至n=2，有

ΔE= [-1.51-(-3.40)] eV=1.89 eV (可见光)

n=4跃迁至n=3，有

ΔE= [-0.85-(-1.51)] eV=0.66 eV

n=4跃迁至n=2，有

ΔE= [-0.85-(-3.40)] eV=2.55 eV(可见光)

3)要使处于基态(n=1)的氢原子被激发后可辐射出可见光光子至少要激发到n=3的能级，最少应给氢原子提供的能量为

E=ΔEmin=

[-1.51-(-13.60)] eV=12.09 eV

故选择选项A[1].

(3)科学论证

探究氢原子光谱的实验规律[2].从氢气放电管(图2)可以获得氢原子光谱(图3)，光谱研究是探索原子结构的一条重要途径.

图2 气体放电管

图3 氢原子的光谱

(4)质疑创新

如何才能激发处于基态的氢原子？能级差如何计算？可见光的波长范围是？氢原子的发射光谱是怎样的光谱？不同原子的发射光谱是否相同？一个氢原子跃迁和一群氢原子跃迁有何不同？跃迁和电离有何不同？根据巴耳末公式，指出氢原子光谱在可见光范围内波长最长的两条谱线所对应的n，它们的波长各是多少？氢原子光谱有什么特点？光谱分析有什么用途？

2 普通高中物理课程标准(2017年版)相关要求

内容要求:了解人类探索原子及其结构的历史．知道原子的核式结构模型．通过对氢原子光谱的分析，了解原子的能级结构[3]．

活动建议:

查阅资料，了解华人科学家在粒子物理领域中的杰出贡献[3]．

3 《2019年高考考试大纲的说明》相关内容

【例2】(题型示例)用频率为ν0的光照射大量处于基态的氢原子，在所发射的光谱中仅能观测到频率分别为ν1,ν2,ν3的3条谱线，且ν3>ν2>ν1，则

A．ν0<ν1

B．ν3=ν2+ν1

C．ν0=ν3+ν2+ν1

点评:本题考查考生对能级跃迁规律的理解、将文字翻译成图像和数学表达式的迁移思维、分析综合能力和应用数学解决物理问题的能力[4]．

4 题源追踪——以氢原子能级结构示意图为背景相关试题

【例3】(人教版选修 3-5练习)如果大量氢原子处在n=3的能级，会辐射出几种频率的光？其中波长最短的光是在哪两个能级之间跃迁时发出的[3]？

【例4】(2001年高考全国卷)图4为氢原子能级图的一部分，大量原子被激发到n=3的能级上，由于电子跃迁，氢原子将辐射出K种能量不同的光子，其中光子能量最大值为ε，由能级图可知( )

A．K=2，ε=10.2 eV

B．K=2，ε=12．1 ev

C．K=3，ε=12．1 eV

D．K=3，ε=15．1 eV

图4 例4题图

A．可以吸收可见光(波长为 400～700 nm)的光子，而跃迁到较高的能态

B．可以在吸收 12.1 eV的能量以后，发射出可见光的光子

C．可以在吸收 12.1 eV的能量以后，发射出红外光的光子

D．可能吸收大于 13.6 eV的能量

【例6】(2009年高考全国卷Ⅱ)氢原子的部分能级如图5所示．已知可见光的光子能量在 1.62 eV到 3.11 eV之间．由此可推知，氢原子( )

图5 例6题图

A．从高能级向n=1能级跃迁时发出的光的波长比可见光的短

B．从高能级向n=2能级跃迁时发出的光均为可见光

C．从高能级向n=3能级跃迁时发出的光的频率比可见光的高

D．从n=3能级向n=2能级跃迁时发出的光为可见光

综上所述，以高考物理试题为案例，通过对比和研究，在科学推理分析的过程中可以帮助学生构建各类经典物理模型，结合教材和生产生活实践与实验也可以进行科学论证训练，提高质疑创新能力，培养学生的物理科学思维.在此基础上进行教材、试题资源的优化整合，也促进教师课堂教学理念的更新、课堂教学的革新、核心素养的落实和物理教育教学教研能力的提升．