2020年高考理综新课标卷Ⅲ第24题评析

李俊永 王长江

(1. 贵州省仁怀市周林高中,贵州 仁怀 5645002;2. 安徽师范大学物电学院,安徽 芜湖 241000)

1 引言

深入挖掘高考试题所隐藏的信息,对于教学具有重大指导意义,作为物理教师应当对此予以足够重视,本文对2020年高考理综新课标卷Ⅲ第24题进行评析。

2 试题与解析

图1

解析：这是一个导体棒在线框上切割磁感线的常见问题,属于单杆切割类型。导体棒做匀速直线运动,根据有效切割长度的变化，它的运动过程可以分为两个阶段进行分析。

3 试题评析与变式研究

3.1 试题分析

本题以匀强磁场为背景,所考查的知识点如表1所示。

本题共涉及3个Ⅱ级要求的考点,3个Ⅰ级要求的考点。在匀强磁场的背景下通过单杆模型将法拉第电磁感应定律、欧姆定律、电路的串并联和安培力大小计算融合在一起,它并未涉及磁场中力和运动的关系、能量分析和电场的相关知识。导体棒在磁场中做匀速直线运动并切割磁感线,考查学生对法拉第电磁感应定律、动生电动势、安培力和等效方法的掌握情况,设置导线框与导体棒构成闭合回路,考查学生对电路串并联、闭合电路欧姆定律的认识。总体来讲,本题题干简明扼要,对物理情境与过程的描述简洁、科学准确,没有歧义,各个知识点在试题的融合过程中借助匀速直线运动这一过程模型,不仅突出对高中物理电磁部分主干知识的考查,体现出了基础性和综合性,有利于学生形成正确的物理观念。

表1

3.2 纵向比较

同样作为新课标卷Ⅲ的24题,2019年的试题以学生熟悉的平抛和类平抛模型为背景,灵活运用牛顿力学、能量观点、动量观点和矢量运算法则求解,有效考查了平行四边形法则、运动学规律、牛顿第二定律、动能定理、功能关系、能量守恒定律、动量定理等主干知识。但是2020年试题考查的知识点与往年截然不同,该题的核心知识集中于对磁与电路的分析,所用到的物理规律虽为主干知识,但是都较为简单,考查的物理能力为理解能力、分析综合能力和应用数学知识解决物理问题的能力,属于基础题目,这种变化有利于纠正教学中的“为‘难’不快”的现象。

3.3 试题溯源

(1) 单杆切割模型在高中物理教材和相关练习题中很常见，仔细阅读人教版高中物理选修3-2第13页的“问题与练习”就会发现本题在教材中的“影子”(图2)。

图2

教材的原题为：图2中CDEF是金属框，当导体AB向右移动时，请用楞次定律判断ABCD和ABFE两个电路中感应电流方向。我们能不能用这两个电路中的任一个来判定导体AB中感应电流的方向？

教材中的金属框为矩形,需要判断感应电流方向,导体棒的有效切割长度并未改变,而2020年试题中金属框为正方形,需要计算安培力的大小,导体棒的有效切割长度发生了变化。由此处就可以看出：高考试题源于教材，但不拘泥于教材。

(2) 除了能在教材中找到本题的“影子”,同样在其他高考试题中也能找到部分“影子”。翻阅近五年各地高考试卷,就会发现2015年广东卷第35题与2020年试题相像，只不过广东卷的试题中磁场的变化是先均匀增加,再保持不变。

3.4 试题拓展

变式1:假设金属框上每个边上的电阻大小为R0,导体棒以恒定速率v在金属框上运动,将导体棒与a点的距离记为x。求:(1) 导体棒通过bd两点时,导体棒的两端的电势差是多少?此时安培力的功率是多少?(2) 当导体棒对外输出的功率最大时,R0和r满足怎样的关系?此时导体棒距离a点的距离有多远?

变式2:如果导体棒在金属框上向右做加速度大小为a0的匀加速直线运动,在导体棒滑过金属框的过程中,以a为计时起点,求:(1) 当导体棒通过bd两点时,通过导体棒的感应电流大小为多少?(2) 导体棒所受的安培力的大小随时间t变化的关系。

变式3:若平行四边形abcd在a处的角度为60°,导体棒以恒定速率v在金属框上运动,将导体棒与a点的距离记为x,导体棒通过金属框的整个过程中,求导体棒所受的安培力的大小随x变化的关系。

变式4:将矩形金属线框改为半径为l0的圆金属线框,其总电阻为2R0,导体棒以恒定速率v在金属框上运动,其内阻为r(r>R0),(1) 画出等效电路图；(2) 求导体棒运动到圆心时电路的总功率。

4 教学启示

《中国高考评价体系》明确指出需要考查学生的关键能力与必备品格,需要体现学科核心素养,需要体现基础性、综合性、应用性和创新性。结合此评价体系,针对本题的具体情况,有以下教学启示。

(1) 基础性是复习备考研究的主要方向

在课堂教学中,注重基础知识与方法、基本实验与能力是提升学生的物理学科核心素养的重要基石,核心素养的提升有赖于学科基础,这种基础性应当表现在对物理基本概念与规律的正确理解上,表现在对物理学思想与方法的深度理解上,基础知识依然是高考命题的重点。平时教学还需要注重“双基”,力图避免复习备考陷入无休止的题海战和过度的“快餐式”教学,力图避免“以考代练”“以考代教”的备考状态。物理教学需要面向全体学生的共同基础,因此注重基础依然是备考的主要方向。

(2) 突出综合性是提升学生的核心素养的有效路径

教学改革已经进入指向核心素养发展的时代,复习备考除了要对学科知识进行全方位摸排,还应突出对知识的应用,突显主干知识在综合应用题中的价值,让知识在应用中实现综合,它不是对学科知识零敲碎打式的简单破解。备考的综合性要求教师认真分析试题是以何种方式进行知识融合,这种融合达到了什么样的程度,考纲和试题又是如何诠释的。在教学与备考中教师应认真解读综合性的内涵,解决综合性与核心素养相关的问题。

(3) 紧扣教材是发展学生能力的基本选项

从本题的形式上看它源于教材也高于教材,所考查的知识点都是教材中最基本的概念或规律,教材作为众多专家和学者智慧的结晶,它具有一定的导向作用;同时教材是最重要的课程资源,它为教师教学和学生学习预留了发挥空间。高考试题是以教材为依据,认真挖掘教材的育人价值,才能更好培养学生的核心素养。

(4) 品味真题是高考试题创新的重要来源

高考试题对于核心素养的考查具有示范作用,这种示范作用成就了高考原题的经典性,对高考试题进行深入研究，能够衍生出形式各样的模拟试题,创新不是“无中生有”,变式研究中的“一题多变”“变又生变”是试题创新的重要策略。只有品味高考经典,才有可能实现能力与素养的沉淀。教学与备考实践不应总是沉迷于经验主义,应当力图在高考命题中寻找命题的规律,也不应一味地“旧题重复”,因为那样将会削弱学生的创造力。