2021年高考全国甲卷物理试题简析

韦征 黄福

[摘 要]2021年高考全国甲卷物理试题着重考查学生的核心素养和关键能力。试题情境设置突显物理的应用价值，考查方式相对灵活。文章通过分析2021年高考全国甲卷物理试题的特点，对2022年高考备考提出建设性意见。

[关键词]2021年高考全国甲卷;物理观念;关键能力

[中图分类号]    G633.7        [文献标识码]    A        [文章编号]    1674-6058（2022）05-0041-03

2021年高考全国甲卷物理试题体现高考命题总的指导思想：以立德树人为根本任务，坚持德智体美劳全面发展，深化基础性，优化情境设计，强化关键能力考查，增强试题开放性和灵活性，引导学生减少死记硬背和机械刷题，促进素质教育发展。试题突出对物理观念、科学思维、科学探究等核心素养的考查，提高了对分析真实情境能力的要求，在情境中体现了对科学态度与责任的要求，很好地体现了高考对物理教学的导向作用。物理学科核心素养包括物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任。高考试题对学科核心素养要求的导向作用不容忽视。

一、试题特点分析

（一）深化物理观念的考查

试题以考查物理学科核心素养为主，在物理观念上考查质点、电场、磁场等物质观，匀变速直线运动、平抛运动、圆周运动等运动观，以及相互作用观和能量观。具体的知识点方面，重点考查了动摩擦因数、加速度、功和能等核心概念，匀变速直线运动规律、牛顿运动定律、动能定理等重要规律，除动量守恒外其他主干知识都涉及了。

[例1]（2021年高考全国甲卷第14题） 如图1，将光滑长平板的下端置于铁架台水平底座上的挡板[P]处，上部架在横杆上。横杆的位置可在竖直杆上调节，使得平板与底座之间的夹角[θ]可变。将小物块由平板与竖直杆交点[Q]处静止释放，物块沿平板从[Q]点滑至[P]点所用的时间[t]与夹角[θ]的大小有关。若由30°逐渐增大至60°，物块的下滑时间[t]将（ ）。

A.逐渐增大                 B.逐渐减小

C.先增大后减小          D.先减小后增大

该题创设了平板架在铁架台上的真实情境，需要学生建立斜面模型，分析“斜面倾角发生变化”这一条件。试题体现了课标对物理观念的要求，考查学生在实际情境中构建模型的能力，考查学生对运动和相互作用观的掌握程度。试卷中其他题目如第15题的旋转纽扣、第18题的“天问一号”探测器三次近火制动以及第22题的测量小铜块与瓷砖表面间的动摩擦因数等都体现了高考对物理观念的考查。

（二）强化关键能力的考查

1.对理解能力的要求提高。理解知识的意义，把握物理情境的本质特征，能将知识与情境联系起来，并运用已有的知识和方法解决问题的能力属于理解能力。2021年高考全国甲卷加强了这方面能力的考查，全卷一共3401个字、16个图表，文字量比2020年高考全国Ⅲ卷增加了20%，并且文字理解的难度也增大了。第23题的字数是546个，第24题历年来都是较简单的题目，而2021年该题的字数却达到了335个，大大增加了阅读量，加大了对学生理解能力的考查。学生要從几百个字中找到“小车通过第30个减速带后，在相邻减速带间的平均速度均相同”这一关键表述，还要理解、分析关键表述，进而挖掘隐含条件，这对能力的要求非常高。

2.突出对运算能力的考查。推理论证能力不仅包括根据已有知识对物理情境进行分析和推理的能力，还包括数学推演能力即运算能力。2021年高考全国甲卷对推理能力和应用数学解决物理问题的能力的要求比历年都高，对运算能力的要求明显增大，整卷共6道题涉及数值运算，选择题有5道题涉及运算，第1题就要用到三角函数的二倍角公式，两道实验题都有复杂的运算，计算题的计算量与历年相当，选做题两个小题也都涉及运算，振动和波的计算题中振动的相位不是特殊相位，也增大了计算的难度。运算量大是2021年高考全国甲卷的一大特点，而且所涉及的数据都是源于真实情境的数据，这对学生的能力提出了更高的要求，而对学生的考试心理也是很大的考验。

[例2]（2021年高考全国甲卷第18题） 2021年2月，执行我国火星探测任务的“天问一号”探测器在成功实施三次近火制动后，进入运行周期约为1.8×105 s的椭圆形停泊轨道，轨道与火星表面的最近距离约为2.8×105 m。已知火星半径约为3.4×106 m，火星表面处自由落体的加速度大小约为3.7 m/s2，则“天问一号”的停泊轨道与火星表面的最远距离约为（ ）。

A. 6×105 m B. 6×106 m

C. 6×107 m D. 6×108 m

该题考查万有引力的近似计算，难点在于数值运算——开立方，但四个选项的数据有数量级差别，只需估算数量级即可，估算时还需要理解近地点的距离（105 m）相对半长轴（107 m）是可以忽略不计的。该题的数据是真实的天文数字，对学生数据处理和运算能力要求是很高的，符合新课改对学科核心素养的培养要求。同时“天问一号”探测器的情境拓展了学生的知识视野，促进学生关注国家科技发展情况，体现科学态度与责任的核心素养。

[例3]（2021年高考全国甲卷第22题） 为测量小铜块与瓷砖表面间的动摩擦因数，一同学将贴有标尺的瓷砖的一端放在水平桌面上，形成一倾角为[α]的斜面（已知[sin α =0.34]，[cos α =0.94]），小铜块可在斜面上加速下滑，如图2所示。该同学用手机拍摄小铜块的下滑过程，然后解析视频记录的图像，获得5个连续相等时间间隔（每个时间间隔[ΔT=0.20 s]）内小铜块沿斜面下滑的距离[si]（[i=1]，2，3，4，5），如下表所示。

[[s1] [s2] [s3] [s4] [s5] 5.87 cm 7.58 cm 9.31 cm 11.02 cm 12.74 cm ]

由表中数据可得，小铜块沿斜面下滑的加速度大小为 m/s2，小铜块与瓷砖表面间的动摩擦因数为 。（结果均保留2位有效数字，重力加速度大小取9.80 m/s2）

该题的难点也是计算。题目所给的数据是真实实验中的数据，对实验教学有良好的导向作用。这就要求教师在日常教学中要让学生真做实验，处理真数据，不能因为计算而简化实验数据。

3.弱化模型的直接应用，强化推理论证能力的考查。2021年高考全国甲卷几乎没有考题是模型或二次结论的直接应用，答题时需要学生建立模型，并根据已掌握的知识和规律进行推理论证。试题突显的是依靠刷题总结二次结论难以拿高分，真正考查运算能力、分析情境建模的能力以及推理论证能力等关键能力。

[例4]（2021年高考全国甲卷第16题） 两足够长直导线均折成直角，按图示方式放置在同一平面内，[EO]与[O'Q]在一条直线上，[PO']与[OF]在一条直线上，两导线相互绝缘，通有相等的电流[I]，电流方向如图3所示。若一根无限长直导线通过电流[I]时，所产生的磁场在距离导线[d]处的磁感应强度大小为[B]，则图中与导线距离均为[d]的[M]、[N]两点处的磁感应强度大小分别为（ ）。

A. B、0 B. 0、2B C. 2B、2B D. B、B

该题考查磁场的叠加，但题目不是简单电流磁场的叠加，给的是两段足够长的直角导线，需要学生分析论证可以将其等效成两根无限长直导线，再将两根无限长直导线的磁场叠加。

[例5]（2021年高考全国甲卷第21题） 由相同材料的导线绕成边长相同的甲、乙两个正方形闭合线圈，两线圈的质量相等，但所用导线的横截面积不同，甲线圈的匝数是乙的2倍。现两线圈在竖直平面内从同一高度同时由静止开始下落，一段时间后进入一方向垂直于纸面的匀强磁场区域，磁场的上边界水平，如图4所示。不计空气阻力，已知下落过程中线圈始终平行于纸面，上、下边保持水平。在线圈下边进入磁场后且上边进入磁场前，可能出现的是（ ）。

A.甲和乙都加速运动

B.甲和乙都减速运动

C.甲加速运动，乙减速运动

D.甲减速运动，乙加速运动

该题考查牛顿第二定律在电磁感应现象中的应用，是常规的电磁感应力学综合问题。该题突破常规模型的点在于题目的条件是两线圈导线的材料相同而横截面积不同。这就无法利用已有模型的结论，需要将导线框的质量、电阻分别用密度、电阻率表示出来，这样才能得到线圈进入磁场后运动的加速度的完整表达式，进而比较其大小。此题对学生的推理论证能力要求较高。

（三）考查方式有新拓展

1.创设情境化问题。本文将情境分为学习探索情境和生活实践情境。学习探索情境包括物理学史问题、课程标准和教材中的典型问题和科学探究的问题。生活实践情境包括与大自然相关的物理现象、与生产生活紧密联系的物理问题以及国家重大科技工程等科技前沿。2021年高考全国甲卷有7道题创设了情境，其中有学生熟悉的情境，如“斜面”（有4个小题涉及）等，也有学生不熟悉的情境，如“旋转纽扣”“50个减速带”等。与历年高考试卷相比，2021年高考全国甲卷的生活实践情境增多了，这样可以引导学生在学习过程中关注生活，注重学以致用。通过情境化问题的创设，既考查学生理解能力、建模能力、分析和解决实际问题的能力，又引导学生注重研究实际问题，解决实际问题。

[例6]（2021年高考全国甲卷第24题）如图5，一倾角为[θ]的光滑斜面上有50个减速带（图中未完全画出），相邻减速带间的距离均为[d]，减速带的宽度远小于[d];一质量为[m]的无动力小车（可视为质点）从距第一个减速带[L]处由静止释放。已知小车通过减速带损失的机械能与到达减速带时的速度有关。观察发现，小车通过第30个减速带后，在相邻减速带间的平均速度均相同。小车通过第50个减速带后立刻进入与斜面光滑连接的水平地面，继续滑行距离[s]后停下。已知小车与地面间的动摩擦因数为[μ]，重力加速度大小为[g]。

（1）求小车通过第30个减速带后，经过每一个减速带时损失的机械能;

（2）求小车通过前30个减速带的过程中在每一个减速带上平均损失的机械能;

（3）若小车在前30个减速带上平均每一个损失的机械能大于之后每一个减速带上损失的机械能，则[L]应满足什么条件？

该题考查学生对能量和功能关系的理解情况和运用能力。命题者在陈述中不断重复50个减速带、前30个减速带、第30个减速带等，目的是增加阅读和审题的难度。解题的关键是“在相邻减速带间的平均速度均相同”。学生需分析小车在两个减速带之间的运动：小车在相邻减速带之间的运动完全相同，经过一个减速带后到经过下一个减速带后的过程中重力势能减少量等于经过减速带时损失的能量。本题对推理能力的要求很高，创设50个减速带的生活情境，将教学从解题引导到解决问题。减速带出现在试题中也可以强化学生的安全意识。

2.创新命题方式。试题条件的呈现方式和情境的创设都比较新颖，与历年试题的常规模式相比有变化。如第17题考查衰变的次数，创新了试题的呈现方式，不再是用文字描述衰变的信息而是给出原子核经过衰变后的中子数和质子数的图像，要求学生读图获取质子数的变化信息，推出电荷量变化，进而推出衰变次数。第22题是测量动摩擦因数的实验，但实验的情境也有所创新，设置为铜块在瓷砖上运动。第24题考查的基本模型是斜面，而题目设计了小车通过50个减速带的情境，要求学生建立匀变速直线运动模型，考查了学生灵活运用牛顿第二定律和运动学公式或动能定理的能力;两个选做题的第一小題都将常规的选择题形式改成了填空题。第34题一改多年考查“几何光学”的习惯，考查学生不太熟悉的“振动与波”，要求学生能挖掘“此后每隔[Δt=0.6 s]两者偏离平衡位置的位移大小相等、方向相同”这一隐含条件，建立起质点[A]、[B]振动的关系，振动的相位不是特殊相位，这在历年高考中也是很少见的。这些命题方式的变化也预示着高考灵活变通的考查方向。

二、2022年高考物理备考建议

高中物理的教与学应以高考试题为导向，回归教材，真做实验，立足“核心知识和基本能力”的学习与掌握，提升学科核心素养;要不断改进教学方法，以问题探究为基础，以过程探究为主线，以方法探究为中心，把“提高解题能力”转变为“提高问题解决能力”，真正提升学生的学科核心素养。

1.夯实基础，注重对概念规律的理解，挖掘其本质，能够推导规律，避免通过背诵来学习概念和规律。加强对实际情境的分析和讨论，在生活中提取模型，帮助学生建立物理观念。

2.适当增加开放性题目，减少机械刷题，真正培养学生解决问题的能力，而非解答题目的能力。2021年高考全国甲卷的试题在情境方面迈出了一大步，教师在教学中不要唯模型论，课堂上可以让学生对开放性问题进行讨论，发表意见，培养学生解决问题的能力，使学生不只是会解模型题。

3.注重实验，重视实验报告的撰写和实验数据的处理。实验能体现学生的综合能力，在实验过程中可以培养学生解决问题的能力，不能以实验题代替实验。2021年高考全国甲卷的实验题是真实验，数据是真数据，而这一点在以前的教学中往往是被忽视的。

4.重视深度学习。深度学习是一种促进学生高阶思维发展的学习活动，它以深层次问题为核心，以高阶思维发展和实际问题解决为目标，在已有知识的基础上，整合新知识，在解决问题的同时提升思维能力和创新意识。它不是浅层次的刷题复习，而是以知识为核心，通过深入解决问题达到学习目的。

（责任编辑 易志毅）