浅谈高中物理试题的命制与优化

云南 李鑫磊

试题的命制是教师的常规教学工作之一，然而大多数教师却习惯“拿来主义”，东拼西凑的试题在课堂教学和复习备考中收效甚微，部分教师却又不知从何下手命制自己所需要的试题，总感觉试题命制非常困难，原创试题的命制更是难上加难，其实命题并没有如此神秘，是有一定的规律和技巧可循的，本人结合自己的教学实践和对试题命制的认识，浅谈高中物理试题命制的几点经验。

一、命题材料选取和基本要求

高质量的试题更能够有效地检测教学效果和质量，因此，试题选用的素材、题目的设计、难度的把控、答案的拟写等均需要从教学实际出发。在高中物理教学的不同阶段，试题的命制有不同的要求(如易错练习题、强化审题技巧练习题、规范答题练习题等)。命题主要参考的材料有：经典例题、教材习题、高考真题、各地区联考和模考题等。不论命制什么样的试题都必须保证试题的科学性(情境要真实、内容要明确、条件和问题要自洽等)、规范性(试题的文字、语句、图像、物理符号、标点符号、字体字号等)。高考真题依托高考评价体系，优化情境设计，试题灵活性强，突出考查学生的关键能力，充分发挥育人功能和导向作用，因此，对高考真题命制思路的研究是提高教师命题能力的有效途径之一，下面以2021年高考物理全国卷为例做简单分析：

1.突出高中物理主干知识，注重物理观念素养。全国甲卷第17题考查学生对α、β衰变的理解；第19题考查学生对电场基本性质的理解；全国乙卷第14题考查多质点系统的动量和机械能等基本概念的理解和掌握；第15题考查学生对电场相关基本概念的理解等。

2.突出高中物理基本物理模型的建构，注重科学思维素养。全国甲卷第15题考查圆周运动模型；第18题考查天体运动模型；全国乙卷第16题考查匀速圆周运动模型等。

3.创设真实物理情境，注重科学探究、科学态度和责任素养。全国甲卷第15题的“旋转纽扣”情境；全国乙卷第17题的放射性医学治疗等。

只有在理解高考试题命制思路后寻找相关规律，准确把握高考命题趋势，教师才能命制出高质量的物理试题，对平时的教学备考才会有指导作用。

二、试题的命制技巧和注意事项

物理试题由研究对象、物理模型、物理条件(如初始条件、摩擦、水平面、斜面、场、外力等)、物理状态量和过程量、要素组成。命制试题要有明确的命题意图、主干知识在试题中的呈现、科学的评价细则等，因此，试题的命制首先要有合理、科学、精准的多维评价细目表，比如《教学考试》2021年物理考纲信息卷(二)T6命题细目表(考查能力、考查情境和试题结构内容略)：

表1 2021物理考纲信息卷二T6细目表

续表

(一)成题改编和拓展

成题改编和拓展是教师在命制试题中最常用的方法，就是对已有的题目、题型、情境或某个条件进行改编或拓展，使其成为一个新题的一种方法。根据试题的使用目的对成题进行改编和拓展是为了让试题更好地为教学服务。

1.经典例题(或教材习题)改编或拓展方法

【高中物理人教版选修3-2第9页第四章第二节习题第7题】如图1所示，固定于水平面上的金属架CDEF处在竖直向下的匀强磁场中，金属棒MN沿框架以速度v向右做匀速运动。t=0时，磁感应强度为B0，此时MN到达的位置恰好使MDEN构成一个边长为L的正方形。为使MN棒中不产生感应电流，从t=0开始，磁感应强度B应怎样随时间t变化？请推导这种情况下B与t的关系式。

图1

【拓展及改编(规律理解及一题多解)】(1)若金属棒的电阻为r，从t=0时刻起，磁感应强度均匀增加，设每秒增加K，同时保持金属棒静止，求金属棒中的感应电流大小和方向。

(2)若在(1)情况中，始终保持金属棒静止，当t=t1时需施加的垂直于金属棒的外力F应该为多大？

(3)若从t=0时刻起，磁感应强度均匀增加，每秒增加K，金属棒以速度v向右做匀速直线运动，求t时刻金属棒两端的感应电动势。

【解析】(1)磁感应强度每秒增加K，则有：

B=B0+Kt①

I的方向：逆时针方向。

(2)金属棒静止，合力为零。此时安培力等于外力。

F=F安=BIL①

B=B0+Kt1②

根据楞次定律和右手定则可知磁场变化和金属棒切割磁感线产生的感应电流方向相同，都是逆时针方向，所以感应电动势应该是动生电动势和感生电动势叠加。

=KL2+B0Lv+2KLvt②

由②可以知道，此时产生的感应电动势是瞬时感应电动势，与t时刻对应。

解法二：微元法(在Δt→0时根据磁通量的变化量ΔΦ=Φ2-Φ1来计算)

Φ1=BS=(B0+Kt)(L+vt)L=B0L2+(B0Lv+KL2)t+KLvt2①

Φ2=B0L2+(B0Lv+KL2)(t+Δt)+KLv(t+Δt)2②

ΔΦ=Φ2-Φ1=B0LvΔt+2KLvtΔt+KL2Δt+KLvΔt2③

因为Δt→0很小，所以KLvΔt=0。

Φ=BS=B0L2+(B0Lv+KL2)t+KLvt2①

当时间间隔很短时，t1=t2=t，所以t1+t2=2t。

E=B0Lv+KL2+2KLvt④

解法四：求导法(利用数学中的导数知识，磁通量Φ对t求导)

Φ=BS=(B0+Kt)(L+vt)L①

【改编题】如图2所示，两根固定于水平桌面上的光滑平行金属导轨CD和EF处在竖直向下的匀强磁场中，导轨间距为L，每根导轨每米的电阻为r0，导轨左端用导线连接一阻值为R的电阻，导线部分电阻不计；开始时磁感应强度为B0，从t=0时刻起，磁感应强度均匀增加，每秒增加K。一电阻为r的金属杆可在导轨上无摩擦地滑动，在滑动的过程中始终保持与导轨垂直并接触良好，在t=0时刻金属棒MN的位置恰好使MDEN构成一个边长为L的正方形。在外力的作用下，金属杆以恒定的加速度a从静止开始向右滑动。求：

图2

(1)在t=t0时刻的感应电流以及此刻金属棒所受的安培力；

(2)若不计导轨的电阻，在t=0到t=t0时间间隔内，流过电阻R的电荷量的绝对值。

【改编意图】本题以金属棒在变化的磁场中运动为背景，考查学生对法拉第电磁感应定律、楞次定律、右手定则、闭合电路欧姆定律的掌握，将多个高考核心考点融合，考查学生理解能力、推理能力、分析综合能力和数学方法处理物理问题的关键能力。培养学生建构和应用模型以及科学推理的科学思维素养。

【解析】(1)根据开始时磁感应强度为B0从t=0时刻起，每秒均匀增加K。

B=B0+Kt①

t时刻回路中的总电阻为：

感应电动势为：

t=t0时刻，金属棒所受的安培力为：

方向：垂直金属棒向左

所以从t=0到t=t0通过R的电荷量为：

2.真题改编

( )

图3

( )

图4

【参考答案】C

【命题意图】本题主要考查安培定则和磁场的叠加问题

(二)物理主干知识与物理模型整合法

物理主干知识和物理模型并不是简单的罗列、机械的叠加。而是在统一的整体目标下，和谐、有机地进行整合，根据教学要求或者命制试题的目的，把组成试题的物理主干知识和物理模型整合，从而命制出新的试题。

【计算题·原创】如图5所示，表面粗糙的水平平台上的不同位置静止放置着可视为质点的物块a、b，物块b静止在水平平台最右端。竖直平面内固定一半径为R=0.5 m的粗糙圆弧轨道，圆弧轨道的上端点为A，半径OA与水平方向的夹角为θ=37°，水平平台与圆心O的水平连线之间的高度差为h=1.1 m。在粗糙水平地面上紧挨着圆弧轨道的最低点B静止放置一木板C(木板上表面与B点等高)。t=0时，有一水平拉力F作用在物块a上，拉力F随时间t的变化关系如图6所示，在t=3 s时撤去拉力，经过一段时间后物块a与物块b发生弹性碰撞(碰撞时间极短)，物块b以某一速度恰好从圆弧轨道上端点A沿切线方向进入圆弧轨道，并从圆弧轨道最低点B水平滑上木板C，物块b通过整个圆弧轨道克服摩擦力所做的功为Wf=16.0 J，物块b最终未从木板C上滑落。已知ma=mb=mc=1 kg，物块a与水平平台间和物块b与木板C上表面间的动摩擦因数μ均为0.2，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，sin37°=0.6，cos37°=0.8，重力加速度取g=10 m/s2，求：

图6

(1)t=0时，物块a、b间的距离；

(2)木板C的最小长度；

(3)木板C在水平地面上运动的总时间及其与地面间摩擦而产生的热量。

【参考答案】(1)xab=8.75 m (2)L=1.5 m (3)t总=3.0 sQ=1.5 J

【命题意图】本题主要考查牛顿第二定律和动能定理及动量守恒定律的综合应用

【解答分析】(1)对于物块a的运动，由图6可知：

0～1 s内：F1-μmag=maa1①

(其中F1=4 N，t1=1 s)

1～3 s内：F2-μmag=maa2③

t=3 s时的速度为：v2=v1+a2t2④

(其中F2=3 N，t2=2 s)

撤去拉力F后，设物块a的加速度为a3，根据牛顿第二定律可得：

-μmag=maa3⑥

根据动量守恒定律可得：

物块b离开水平平台后做平抛运动，设其竖直分速度为vy，物块b在A点的速度为vA，则：

由几何关系可得：

解①～⑩可得：

vb=va=3 m/s，vA=5 m/s，xab=x1+x2+x3=8.75 m

(2)设物块b到圆弧轨道最低点B时的速度为vB，由动能定理可得：

设木板C与地面间的动摩擦因数为μ1，物块b和木板C的加速度分别为a4和a5，经时间t时共同运动的速度为v共，运动位移分别为x4和x5。

对物块b：-μmbg=mba4

对木板C：μmbg-μ1(mb+mC)g=mCa5

木板C的最小长度为：

L=x4-x5

(3)物块b和木板C共速后一起做匀减速直线运动，设加速度为a6，减速运动的时间为t′，运动位移为x6。

-μ1(mb+mc)g=(mb+mc)a6

木板C运动总时间为：t总=t′+t=3.0 s

木板与地面间摩擦产生的热量为：

Q=μ1(mb+mc)g·(x5+x6)=1.5 J

(三)真实情境引入法

物理与生产实践、体育运动、科技前沿等密切相关，在命制试题的时候应以“解决实际问题”为导向，让学生学以致用，增强社会责任感，同时可以引导学生关注科技、关注社会。物理试题在命制过程中若能够贴近教学和学生生活实际，创设典型的问题情境，将会大大提高试题的质量。

【原创】甲、乙两同学查阅资料获得一热敏电阻RT的阻值随温度变化的曲线如图7所示，甲、乙两同学想用该热敏电阻随温度的变化规律测量所在学校春季室外温度(温度大约在14 ℃～22 ℃)，除了开关S和导线之外还有下列器材可供选用：

电压表V1(量程0～15 V，内阻约为15 kΩ)

电压表V2(量程0～3 V，内阻约为5 kΩ)

电流表A1(量程0～150 μA，内阻约为100 Ω)

电流表A2(量程0～10 mA，内阻为500 Ω)

滑动变阻器R(阻值范围0～20 Ω，额定电流1 A)

电源E(电动势3.0 V，内阻不计)

图7

(1)为了科学合理地测量该热敏电阻的阻值，得出实验进行过程中的室外温度，甲、乙两同学设计了如图8所示的电路图。电压表应该选用________(填“V1”或“V2”)，电流表应该选用________(填“A1”或“A2”)。

图8

(2)根据该热敏电阻的阻值随温度变化的特点，组装一个由该热敏电阻控制的报警系统，电路图如图9所示，要求当热敏电阻的温度达到或超过60 ℃时，系统开始报警。其中电阻箱(最大阻值为9 999.9 Ω)，直流电源(电动势为 3 V，内阻不计)，滑动变阻器(最大阻值为2.0 kΩ)。电路接通前，滑动变阻器的滑片应置于________(填“a”或“b”)端附近，再将电阻箱调到一固定的阻值，根据实验要求，这一阻值应为________Ω；将开关拨向________(填“1”或“2”)端闭合，缓慢移动滑动变阻器的滑片，直至报警系统开始报警，保持滑动变阻器滑片的位置不变，将开关向另一端闭合，报警系统即可正常使用。

图9

【参考答案】(1)V2A1(2)“b” 6.0 kΩ “2”

【命题意图】本题主要考查传感器的简单应用

(2)本题采用的是等效替代法，先用变阻箱来代替热敏电阻，所以变阻箱的阻值要调节到热敏电阻的临界电阻也就是在60℃时阻值为6.0 kΩ；为防止接通电源后，流过报警器的电流过大，报警器可能损坏，滑动变阻器的滑片应置于b端；将开关拨向“2”，先把变阻箱的电阻接入电路，调节滑动变阻器的电阻，调至报警器开始报警时，保持滑动变阻器的阻值不变，接到热敏电阻上，当热敏电阻的阻值是6.0 kΩ时，也就是温度达到了60 ℃，报警器开始报警。

三、命题感悟