立足基础 关注生活 引领创新

唐昌琳

[摘 要]2021年全国高考已经结束，纵观2021年全国高考物理试题，不论是新高考（3+1+2）模式物理试题，还是传统的大文大理（3+X）模式物理试题，抑或是单独命题的省市高考物理题都体现了“一核、四层、四翼”的命题要求。其中“一核”是高考的核心功能，即“立德树人、服务选才、引导教学”;“四层”为高考的考查内容，即“核心价值、学科素养、关键能力、必备知识”;“四翼”为高考的考查要求，即“基础性、综合性、应用性、创新性”。但具体到每一份试题上又各有侧重，各具特点，仔细研究这几份高考物理试题对来年高三物理教学有一定的积极作用。

[关键词]高考物理试题;对比赏析;学科素养

[中图分类号]    G633.7        [文献标识码]    A        [文章编号]    1674-6058（2021）26-0033-06

作为一个高中教学工作者，关心每年高考，注重高考试题的导向性，是一件很正常的事。笔者对2021年高考的全国甲卷、乙卷，浙江卷，广东卷，河北卷，湖南卷的知识覆盖面、难易度、试题特点等做了一个简单的片段式梳理，感觉2021年的高考试题特别注重对物理观念、科学思维、科学探究素养的考查。2021年全国高考有新高考卷，传统高考卷，还有上海、浙江等省市单独命制的高考卷，试卷种类较多，但每一份试卷的命制都体现了“一核、四层、四翼”的命题要求。高中物理知识点多，题型各不相同，具体到每一道题，由于考查的要求、涉及的知识点、题目背景等都不同，因此，命题者可以根据高考命题要求，命制出千变万化的试题（卷），但这些试卷的总体难度应当大致相当。广大高三物理教师深入研究这些高考试题对做好来年高三物理教学工作具有积极的作用。本文从以下几个方面进行分析探讨。

一、试题考查的知识点与难易度

（一）选择题考查的知识点与难易度

说明：浙江省高考模式，物理一年考两次，一份试卷涉及的知识内容较多，题目也较多，其中选择题有16道，实验题3道，计算题4道。多出的6道选择题用列表的方式处理有所不便，在此用文字简述。（本文所讲的浙江卷指的是2021年6月浙江选考卷）

第11题考查动能定理，属容易题;第12题考查光的反射、折射定律，属容易题;第13题考查物质波，属中等题;第14题考查原子的核衰变及人工转变，属容易题;第15题考查电流间的相互作用及磁感应强度的叠加，属容易题;第16题考查薄膜干涉，属容易题。

（二）实验题考查的知识点与难易度

（三）计算题考查的知识点与难易度

二、试题简析

试题的覆盖面和难易度从上表中可以看出大概。就覆盖面而言，每套题均覆盖了直线运动、曲线运动的条件及运动的描述，牛顿运动定律，功与能，动量与动量守恒，电路，电磁场，电磁感应等主干知识。每套题对非主干知识都有所考查，题量大的试题对非主干知识的考查面相对宽一些，试题均比较容易。其中单独考物理的试卷，因题量多，覆盖面更广。

对比以上多套试卷，整体上看湖南卷难度稍大，其余5套试题的难度大致相当。在各卷中，难度较大的题是对大多数考生而言的，对优等生来说不算很难。每套试卷均有高分出现。

（一）试题背景取材

1.关注科技前沿，鼓励学生立志高远

随着我国北斗导航系统组网成功并投入使用，空间站的建设与使用，对月球、火星的探测不断取得新的成果，相关知识在2021年各套试卷中均有考查。全国甲卷选择题第4题取材于“天问一号”绕火星运动的停泊轨道;全国乙卷选择题第5题取材于银河系恒星S2绕某黑洞运行;浙江卷选择题第4题取材于“天问一号”着陆火星表面场景;广东卷选择题第2题取材“天和”核心舱绕地球运行;河北卷选择题第4题取材于“天问一号”绕火星运动的停泊轨道;湖南卷选择题第7题取材于核心舱绕地球运行。这类高考题的背景材料都是我国在科学技术方面取得的伟大成就，学生通过阅读这些试题，可潜移默化地影响他们为祖国的科技事业努力奋斗的意志。

2.体现“物理源自生活，物理服务社会”的理念

2021年高考物理试题中很多素材来源于生产、生活。如，全国甲卷选择题第2题“旋转纽扣”，就是一种传统游戏;计算题第1题，取材于各小区、村庄常见的减速带;全国乙卷计算题第1题，取材于打篮球的运球场景;浙江卷选择题第2题就是常见动物猫的行走、鸟的飞翔、马的奔跑，第7题取材于荡秋千，第11题取材于建筑工地常见的泵车，第12题取材于常见的塑料光盘，第16题取材于小时候玩的肥皂膜。计算题第1题取材于车辆礼让行人过马路;广东卷选择题第3题取材于农耕时代用的曲辕犁、直辕犁，第4题取材于车库常见的曲杆道闸，计算题第1题取材于我国古老的计算工具——算盘;河北卷选择题第2题取材于最精密的铯原子钟，计算题第1题取材于滑雪道（现在南方许多地方也建有滑雪道或滑草道）;湖南卷选择题第3题取材于我国最先进的“复兴号”动车组。这类试题的背景材料源自生产、生活，让学生深刻理解物理就在我们的身边，学好物理能有效解决生产生活中的实际问题。

（二）试题对学科素养的考查

高中物理核心素养包括物理观念、科学思维、科学探究、学科态度与责任几个方面的内容，2021年全国各套试卷在这四方面的检测力度都是很大的，每一道试题都会对应考查一定的學科素养，而且各自考查的侧重点也有所不同，由于篇幅所限，本文仅以广东、河北、湖南三套卷的计算题第2题为例，分享命题者用试题检验核心素养的策略。

【原题1】（2021年广东卷第14题）图1是一种花瓣形电子加速器简化示意图，空间有三个同心圆a、b、c围成的区域，圆a内为无场区，圆a与圆b之间存在辐射状电场，圆b与圆c之间有三个圆心角均略小于90°的扇环形匀强磁场区Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ。各区感应强度恒定，大小不同，方向均垂直纸面向外。电子以初动能[Ek0]从圆b上P点沿径向进入电场，电场可以反向，保证电子每次进入电场即被全程加速，已知圆a与圆b之间电势差为U，圆b半径为R，圆c半径为[3R]，电子质量为m，电荷量为e，忽略相对论效应，取[tan 22.5°=0.4]。

（1）当[Ek0=0]时，电子加速后均沿各磁场区边缘进入磁场，且在电场内相邻运动轨迹的夹角[θ]均为45°，最终从Q点出射，运动轨迹如图1中带箭头实线所示，求Ⅰ区的磁感应强度大小、电子在Ⅰ区磁场中的运动时间及在Q点出射时的动能;

（2）已知电子只要不与Ⅰ区磁场外边界相碰，就能从出射区域出射。当[Ek0=keU]时，要保证电子从出射区域出射，求k的最大值。

【原题2】（2021年河北卷第14题）如图2，一对长平行栅极板水平放置，极板外存在方向垂直纸面向外、磁感应强度大小为B的匀强磁场，极板与可调电源相连，正极板上O点处的粒子源垂直极板向上发射速度为[v0]、带正电的粒子束，单个粒子的质量为m、电荷量为q，一足够长的挡板[OM]与正极板成[37°]倾斜放置，用于吸收打在其上的粒子，C、P是负极板上的两点，C点位于O点的正上方，P点处放置一粒子靶（忽略靶的大小），用于接收从上方打入的粒子，[CP]长度为[L0]，忽略栅极的电场边缘效应、粒子间的相互作用及粒子所受重力，[sin 37°=35]。

（1）若粒子经电场一次加速后正好打在P点处的粒子靶上，求可调电源电压[U0]的大小;

（2）调整电压的大小，使粒子不能打在挡板[OM]上，求电压的最小值[Umin];

（3）若粒子靶在负极板上的位置P点左右可调，则负极板上存在H、S两点（[CH≤CP<CS]，H、S两点末在图中标出），对于粒子靶在[HS]区域内的每一点，当电压从零开始连续缓慢增加时，粒子靶均只能接收到n（[n≥2]）种能量的粒子，求[CH]和[CS]的长度（假定在每个粒子的整个运动过程中电压恒定）。

【原题3】（2021年湖南卷第14题）如图3，竖直平面内一足够长的光滑倾斜轨道与一长为[L]的水平轨道通过一小段光滑圆弧平滑连接，水平轨道右下方有一段弧形轨道[PQ]。质量为[m]的小物块A与水平轨道间的动摩擦因数为[μ]。以水平轨道末端[O]点为坐标原点建立平面直角坐标系[xOy]，[x]轴的正方向水平向右，[y]轴的正方向竖直向下，弧形轨道[P]端坐标为[2 μL， μL]，[Q]端在[y]轴上。重力加速度为[g]。

（1）若A从倾斜轨道上距[x]轴高度为[2 μL]的位置由静止开始下滑，求[A]经过[O]点时的速度大小;

（2）若A从倾斜轨道上不同位置由静止开始下滑，经过[O]点落在弧形轨道[PQ]上的动能均相同，求[PQ]的曲线方程;

（3）将质量为[λm]（[λ]为常数，且[λ≥5]）的小物块[B]置于[O]点，A沿倾斜轨道由静止开始下滑，与B发生弹性碰撞（碰撞时间极短），要使A和B均能落在弧形轨道上，且A落在B落点的右侧，求A下滑的初始位置距[x]轴高度的取值范围。

1.物理观念

（1）运动观

【原题1】电子从P点进入a、b圆之间，在辐向电场中做变加速直线运动，进入a圆后沿直径做匀速直线运动，再次进入b、c圆间后，再次做变加速直线运动，进入b、c圆间后，做匀速圆周运动，经过几次周期性运动从Q点射出。

【原题2】粒子从O到C做匀加速直线运动，从C到P做匀速圆周运动。调节电压后，粒子过C点在负极板上方做匀速圆周运动，进入两极板间做匀减速直线运动，过正极板后做匀速圆周运动，轨迹与OM相切时恰好不能打到挡板上。若改变P的接收位置，粒子多次往复运动最终要打到P上，则粒子不能被挡板OM吸收。

【原题3】物块A从光滑斜面上匀加速下滑，进入水平轨道后做匀减速直线运动，从O点飞出后做平抛运动而落在弧形轨道上。若在O点放置B物块，物块A与物块B在O点发生弹性碰撞后物块B向右飞出做平抛运动落到弧形轨道上，物块A被反弹，向左匀减速冲上光滑斜面，然后返回从O点水平飞出做平抛运动落到弧形轨道上。

（2）相互作用观念

【原题1】电子在ab间受电场力作用，在bc之间受洛仑磁力作用，并且洛仑磁力提供做圆周运动所需要的向心力。

【原题2】粒子从正极板到负极板所受电场力方向与速度方向相同，在正、负极板外侧受洛仑磁力作用，并且洛仑磁力提供做圆周运动所需要的向心力，从负极板到正极板所受电场力方向与速度方向相反。

【原题3】物块A在斜面上受重力、支持力作用，合力沿斜面向下，在水平面上受重力、支持力、摩擦力作用，合力方向与速度方向相反。从O点水平飞出后仅受重力作用。

（3）能量观念

【原题1】电子在ab、ba间电场力均做正功，动能均增加。

【原题2】粒子从正极板到负极板电场力做正功，动能增加，从负极板到正极板电场力做负功，动能减少。

【原题3】物块A在斜面上下滑，重力做正功，重力势能减少，动能增加。在水平面上摩擦力做负功，动能减少。从O点飞出后重力做正功，重力势能减少，动能增加。

2.科学思维

（1）模型构建

【原题1】电子每次经过电场均做变加速直线运动，每次进入磁场时速度不同，为保证在磁场中做匀速圆周运动的偏转角度和轨道半径相同，则各个区域的磁感強度大小必不一样。

【原题2】粒子从正极板到负极板做匀加速直线运动，在负极板外侧做匀速圆周运动，从负极板到正极板粒子做匀减速直线运动，在正极板外侧做匀速圆周运动。因粒子在负极板外侧速度大于正极板外侧，所以在负极板外侧圆周半径大于在正极板外侧的圆周半径。

【原题3】物块A在斜面上做匀加速直线运动，在水平轨道上做匀减速直线运动，过O点后做平抛运动。

（2）科学推理与论证

梳理好与各个环节相关的物理观念，构建出物理模型后，可根据题目所给的条件，对各个环节逐步推理论证得出结论。

【原题1】（1）电子经P在电场中加速进入磁场Ⅰ区速度为v，则： [2eU=12mv2-0]

在磁场Ⅰ区中，电子运动轨迹如图4所示;由几何关系可得：[r=Rtan22.5°]

且有[B1ev=mv2r]

联立解得：[B1=5eUmeR]

电子在磁场Ⅰ区中的运动周期为：[T=2πmeB1]

电子在磁场Ⅰ区中运动的圆心角为：[φ=54π]

电子在磁场Ⅰ区中的运动时间为：[t=φ2πT]

解得：[t=πRmeU4eU]

从P点进入到从Q点射出，共经过8次加速，从Q点射出的动能为：[EK=8Ue]

（2）电子在磁场Ⅰ区中不与边界相碰，当圆周的轨迹与Ⅰ区边界相切时，对应最大半径为[rm]，由几何关系可得：[3R-rm2=R2+rm2]

解得：[rm=33R]

[B1evm=mvm2rm]

[2eU=12mvm2-keU] 解得：[k=136]

【原题2】（1）假设从C点射出的粒子速度为v，则[U0q=12mv2-12mv20]，粒子在负极板外侧磁场中做圆周运动，半径为[r=L02]，且有：[Bqv=mv2r]

解得：[U0=B2qL208m-mv202q]

（2）如图5所示，粒子在正极板外侧的圆轨道与挡板OM相切时，粒子恰好不能打到挡板上，此时电压有最小值，若从C点射出的粒子速度为[v1]，则：[Uminq=12mv21-12mv20]

粒子在负极板上方的磁场中做圆周运动，故有：[Bqv1=mv21r1]

粒子穿过正极板进入其外侧磁场时速度减小到v0，则有[Bqv0=mv20r2] ，解得：[r2=mv0Bq]

由几何知识有：[2r1=r2+r2sin37°]

解得：[v1=4v03] [Umin=7mv2018q]

（3）如图6所示，调整粒子靶P的位置到P′，靶能接收到n种能量的粒子中能量最小的粒子，在负极板外侧磁场区域偏转的轨迹半径为r3，粒子在正、负极板外侧经k次循环后打到粒子靶。设C到P′的距离为L，则由几何知识有：[k（2r3-2r2）+2r3=L]，其中[k=n-1]

[r2=mv0Bq]为定值，要想粒子不被OM板吸收，必须满足[2r3≥r2+r2sin37°]，即[r3≥4mv03qB]。

[r3]越小，k越小，粒子靶[P']离C点越近。[r3]最小为[r′3=4mv03qB]，由于要求[n≥2]，则k取1时，L最小，即C、H点的距离[CH=4r′3-2r2=10mv03qB]。

当粒子靶[P']向右移动时，L增大，粒子靶[P']一定能接收到多种能量的粒子，故[CS→∞]。

【原题3】（1）物块A从开始下滑到[O]点速度为v，根据动能定理有：[mg·2μL-μmgL=12mv2]

解得：[v=2μgL]

（2）物块[A]从任意位置下滑，到[O]点以速度v飞出做平抛运动，落在弧形轨道上的坐标为[（x， y）]，由平抛运动知识有：

[x=vt] [y=12gt2]

落到弧形轨道上动能为[Ek]，则：[mgy=Ek-12mv2]

联立以上3个方程可得：[Ek=mgy+mgx24y]

考虑到落到弧形轨道上动能均相同，即等于落到[P（2μL， μL）]点的动能，将P点坐标代入上式可得：

[Ek=2μmgL]

聯立两式可得轨道方程为：[x=22μyL-y2]（其中，[μL≤y≤2μL]）

（3）物块A从距[x]轴高[h]处由静止滑下，到达[O]点与[B]物块碰前，其速度为[v0]，则有[mgh-μmgL=12mv20]，解得：[v0=2gh-2μgL]

物块A在O点与物块[B]发生弹性碰撞，碰后速度分别为[v1]，[v2]，则有：

[mv0=mv1+λmv2]

[12mv20=12mv21+12λmv22]

解方程可得：[v1=1-λ1+λv0] [v2=2λ1+λv0]

考虑到[λ>5]，[v1<0]，即碰后物块A被反弹，再次从O点水平飞出速度为[v3]，则：

[-μmg2L=12mv23-12mv21] 解得：[v3=v21-4μgL]

要物块A落在物块B的右侧，则：[v3>v2]

要物块A和物块B均能落在弧形轨道上，则物块A必须落在P点的左侧，即

[2μL≥v3t] [μL=12gt2] 解得：[v3≥2μgL]

综合以上各式，可得距x轴的高度[h]的取值范围为：[3λ-1λ-3μL<h≤λ2+λ+1（λ-1）2（4μL）]

3.科学态度与责任

以上三道题均要求考生能将各个过程所满足的物理规律准确表达出来，检测考生实事求是地分析问题的能力，面对复杂问题敢于挑战的精神。

三、对教学的启示

2021年高考物理试题的知识覆盖面广，对主干知识检测力度大。不但要求考生掌握好基础知识，更要求考生知道这些基础知识的来源与本真，并能用这些基础知识分析解决生产、生活、科技等方面的具体问题。题目在注重基础知识的同时，更关注能力考查。选择题注重考查考生掌握基础知识的广度与解决具体问题的能力，实验题注重考查考生的动手能力、探究精神、对物理规律的理解与应用，计算题通过主干知识考查考生的科学思维。

题目的素材多来源于现实生活，工农业生产，科技前沿。关注理论联系实际，关注科技动态，关注国家大事。

从2021年高考物理试题来看，高中物理教师不但要掌握教材中的基础知识，更要懂得这些知识的来源，学会重组教材，构建知识网络，采用大单元教学策略，利用好教材这一载体，创造性地进行物理教学。让学生准确理解物理概念、规律内涵，同时能适当把握其外延，从而使学生能有效应用物理概念、规律综合分析解决问题。对某些复杂的实际问题，学生也能依据所给条件结合物理概念、物理规律进行科学推理与论证，应用数学知识处理具体物理问题;让学生通过设计与实操探究提升实验探究能力。在平时教学过程中多选用学生常见的素材与案例，如游乐场的蹦极、旋转木马、轰天雷、海盗船、秋千，校门口的减速带，地下车库的坡道、车库门口的曲杆道闸，建筑工地的吊车、泵车，小汽车、动车组，拉索桥，等等。把这些素材、案例与相应的物理规律联系起来，让学生理论联系实际，提升学生解决实际问题的能力。关注科技发展动态，利用我国高科技成果进行爱国主义教育的同时，尽可能多地挖掘与物理有联系的环节，让学生利用所学物理概念、规律对相应的环节进行解释。

（责任编辑 易志毅）