基于《中国高考评价体系》的近代物理复习策略

河北 李红波

(作者单位：河北省保定市第三中学)

2019年12月《中国高考评价体系》(以下简称高考评价体系)和《中国高考评价体系说明》相继发布，这两个纲领性文件对中国高考命题产生了深远的影响，且在经历了2020年和2021年高考的洗礼后，广大中学教师在高考试题中已经感受到了它们的影响。那么中学教师应该怎样在教学中发挥这两个文件的指导作用，怎样更好地指导中学的一线教学呢？笔者将以复习近代物理知识为例，从三个方面来阐述这两个文件对中学一线教学的影响，希望能起到抛砖引玉的作用。

一、高考评价体系的概述

高考评价体系由“一核”“四层”“四翼”三部分构成。其中“一核”是核心功能，即“立德树人、服务选才、引导教学”，回答了“为什么考”的问题；“四层”为考查内容，即“核心价值、学科素养、关键能力、必备知识”，是素质教育目标在高考中的提炼，回答“考什么”的问题；“四翼”为考查要求，即“基础性、综合性、应用性、创新性”，是素质教育的评价维度在高考中的体现，回答“怎么考”的问题。

核心价值是指即将进入高等学校的学习者应当具备的良好政治素质、道德品质和科学思想方法的综合，它居于考查内容之首，指明了立德树人的根本任务，具有引领方向的作用；学科素养是即将进入高等学校的学习者在面对生活实践或学习探索情境中的问题时，能够在正确的思想价值观念指导下，合理运用科学的思维方法，有效地组织整合学科的相关知识，调动运用学科的相关能力，高质量地认识问题、分析问题、解决问题的综合品质；关键能力和必备知识是指即将进入高等学校的学习者在面对与学科相关的生活实践或学习探索情境中的问题时，能够具备有效地认识问题、分析问题、解决问题的综合能力和学科知识。

卡尔·萨根认为科学与其说是一种知识体系，不如说是一种思维方式。物理学作为一门自然科学，学生在学习知识的同时也在接受物理思维方式的洗礼。而情境作为学生进行物理思维方式学习和演练的扶手，其重要性不言而喻。高考评价体系中将情境分为“生活实践情境”和“学习探索情境”，前者与日常生活以及生产实践密切相关，考查学生运用所学知识解释生活中的现象、解决生产实践中的问题的能力；后者源于真实的研究过程或实际的探索过程，涵盖学习探索与科学探究过程中所涉及的问题。情境与“四层”“四翼”紧密结合，通过创设简单的问题情境，对学生利用单一知识或技能解决问题的能力进行基础性考查；通过创设生活、生产科学研究问题情境，对学生是否能在正确思想观念的引领下综合应用知识或技能解决问题的能力进行综合性、应用性和创新性考查。

二、近代物理知识的复习

复习的目的是对模块进行系统化和网络化，从而高屋建瓴地把握各模块的知识脉络，通过巧设情境，体会高考评价体系在问题中的体现与应用，并让学生在解决问题的过程中落实核心素养。

建立知识体系，落实必备知识。通过对近代物理部分的梳理，归纳出如图1所示的知识体系结构，并对核心知识进行适当的总结。此部分有三大核心考点，分别是光电效应规律及其应用、氢原子结构规律及其应用、核反应规律及其应用。

图1

1.光电效应的四类图像

表1

2.玻尔模型的三条假设、一个图像及三个技巧

2.1 三条假设

表2

2.2 氢原子的能级图

图2

2.3 解决氢原子能级跃迁问题的三个技巧

(1)原子跃迁时，所吸收或辐射的光子能量只能等于两能级的能量差。

(2)原子电离时，所吸收的能量可以大于或等于某一能级能量的绝对值，剩余能量为自由电子的动能。

3.核反应的“两个守恒”、“三种射线”、“五种反应”

3.1 两个守恒

质量数守恒、电荷数守恒

3.2 三种射线

表3

3.3 五种反应

表4

三、巧设情境、增加体验、落实素养

【例1】在光电效应实验中，光电管中某金属的极限频率对应的光在真空中的波长为λ0。如图3所示，已知电子的电荷量、真空中的光速和普朗克常量分别为e、c和h。

图3

(1)该金属的逸出功为多少；

(2)若用在真空中波长为λ(λ<λ0)的单色光做实验，则其遏止电压为多少；

(3)当分别用三束不同的光照射阴极K，通过调整电源极性和A、K间电压值得到的I-U关系曲线(a、b、c)，如图4所示，分析三种光的频率和光强情况；

图4

(4)用不同频率的光照射光电管，通过调整电源极性和A、K间电压值得到遏止电压Uc随入射光频率ν变化的函数关系图像，如图5所示，则图像的斜率的物理意义；

图5

(5)用频率为ν的强激光照射光电管，由于其光子密度极大，一个电子可以在极短时间内吸收多个光子，从而形成多光子光电效应，通过调整电源极性和A、K间电压值得遏止电压Uc，试求遏止电压Uc的表达式。

【解析】

(1)考查基础性

某金属的极限频率对应的光在真空中波长为λ0，此时光电子的最大初动能Ek=0，由光电效应方程得

(2)考查综合性

设遏制电压为Uc，则满足eUc=Ek，

(3)考查应用性

由图4可知，a光的饱和电流最大，因此a光束照射阴极K时，单位时间内产生的光电子数量大、光强大，而c光的强度最小，b光的强度介于两者之间，则有Ec

(4)考查应用性

(5)考查创新性

结合题意由光电效应方程Ek=nhν-W0(n=1，2，3…)，

设遏制电压为Uc，则满足eUc=Ek，联立可得

【例2】氢原子的能级分布如图6所示。

图6

(1)若一个氢原子从n=4的激发态跃迁到n=2的激发态释放一个光子，求该光子的能量；

(2)若一个氢原子从n=4的激发态向基态跃迁，则该过程中最多辐射多少种不同频率的光子；

(3)若一群处于n=4的激发态的氢原子向基态跃迁，则该过程中最多辐射多少种不同频率的光子；

(4)可见光的光子能量范围为1.64 eV～3.19 eV，一群处于n=4的激发态的氢原子向基态跃迁，则该过程中最多辐射多少种不同频率的可见光；

【解析】

(1)考查基础性

一个氢原子从n=4的激发态跃迁到n=2的激发态释放光子的能量

E=E4-E2=-0.85-(-3.4) eV=2.55 eV

(2)考查基础性

一个氢原子从n=4的激发态向基态跃迁，则该过程中最多辐射不同频率光子的种类N=n-1=3

(3)考查基础性

一群氢原子从n=4的激发态向基态跃迁，则该过程中最多辐射不同频率光子的种类

(4)考查应用性

氢原子从n=4的激发态跃迁到n=3的激发态释放光子的能量E=E4-E3=0.66 eV；

氢原子从n=4的激发态跃迁到n=2的激发态释放光子的能量E=E4-E2=2.55 eV；

氢原子从n=4的激发态跃迁到n=1的激发态释放光子的能量E=E4-E1=12.75 eV；

氢原子从n=3的激发态跃迁到n=2的激发态释放光子的能量E=E3-E2=1.89 eV；

氢原子从n=3的激发态跃迁到n=1的激发态释放光子的能量E=E3-E1=12.09 eV；

氢原子从n=2的激发态跃迁到n=1的激发态释放光子的能量E=E2-E1=10.2 eV；

由于可见光的能量范围为1.64～3.19 eV，所以此过程中辐射的可见光种类为2种；

(5)考查创新性

由题意可知量子数为4的能级上的氢原子分别向量子数为3、2、1的能级上跃迁的氢原子数，各占总氢原子数的三分之一，则总共产生6 000个光子；

此时处于量子数为3的能级上的原子数目为2 000个，处于n=3能级上的氢原子分别向量子数为2、1的能级上跃迁的氢原子数各占该能级原子总数的二分之一，则产生2 000个光子；

此时处于量子数为2的能级上氢原子总共有3 000个，则氢原子向基态跃迁产生3 000个光子。所以此过程中发出的光子总数应该是6 000+2 000+3 000=11 000个。

【例3】2020年1月10日，工程院院士黄旭华获国家最高科学技术奖，他为核潜艇研制和跨越式发展做出巨大贡献。核潜艇是以核能为动力的非常规潜艇，它的成功研制为国家提供了海防重器。

(2)在衰变过程中会辐射出三种射线，试分析三种射线的本质、性质和各自的典型应用；

【解析】

(2)三种射线分别为α射线、β射线、γ射线，其中α射线是氦核流，具有很强的电离作用，速度比较小，穿透性比较弱，常用来消除静电；β射线是电子流，速度比较大，有一定的电离性；γ射线是高频电磁波，没有电离性，但是穿透性很强，可以用于金属探伤、杀菌等。

四、感悟

情境是高考“一核”“四层”“四翼”的载体，在高三的复习课中一定要设计好情境。高三课堂上的教学情境一定要起到核心价值的科学引领作用，要有利于学生理解所学内容的主题，同时高三教学情境要有针对性，即创设的情境要紧紧围绕备考目标，且情境的设置要有梯度，要体现高考评价体系中的“四翼”。《中国高考评价体系》和《中国高考评价体系说明》既是高考命题的指导文件也是高考试题的评价方案，对高考命题产生深远的影响，因此高三教师一定要研读这两个文件，按照科学思维能力形成的特点和等级要求，结合所教学生的实际情况，设计教学情境，通过一题多变、多题归一等方式提升学生科学思维的水平，让物理的核心素养落到实处。