凸显核心功能 聚焦关键能力 靶向学科素养——2022年高考全国乙卷物理试题评析

吴 强 (正高级教师) 宋绪爱

(1.山东省泰山中学 2.山东省泰安第二中学)

2022年高考全国乙卷命题以习近平新时代中国特色社会主义思想为指导,引导实现德智体美劳全面发展的育人目标,全面落实高考评价体系要求,凸显“立德树人、服务选才、引导教学”的核心功能,依据高校人才选拔要求和«普通高中物理课程标准(2017年版2020年修订)»,优化试题呈现方式,聚焦关键能力,靶向学科素养,加强教考衔接,积极引导减少死记硬背和“机械刷题”现象,服务“双减”政策落地,助力核心素养提升.

1 凸显核心功能,坚持立德树人、服务选才、引导教学

2022年全国乙卷的命题全面把握高考评价体系的总体要求,充分发挥高考的育人功能,凸显核心功能,积极引导教学重视教材、用好教材、应教尽教,以提升课堂教学质量的方式,提高学生成绩.

1.1 以生活实践情境为载体,增强情境的真实性,落实高考的根本任务——立德树人

2022年高考物理试题注重将物理学的核心概念和规律与科学技术相联系,落实立德树人的根本任务,通过素材的呈现和设问,充分体现物理学科推动科技发展和人类社会进步的重要作用,凸显社会价值.

例1(14题)2022年3月,中国航天员翟志刚、王亚平、叶光富在离地球表面约400km 的“天宫二号”空间站上通过天地连线,为同学们上了一堂精彩的科学课.通过直播画面可以看到,在近地圆轨道上飞行的“天宫二号”中,航天员可以自由地漂浮,这表明他们( ).

A.所受地球引力的大小近似为零

B.所受地球引力与飞船对其作用力二者的合力近似为零

C.所受地球引力的大小与其随飞船运动所需向心力的大小近似相等

D.在地球表面上所受引力的大小小于其随飞船运动所需向心力的大小

答案C.

评析试题以航天员在“天宫二号”上自由漂浮为素材创设生活实践情境,考查学生对太空失重本质的理解,以及基于现象应用万有引力定律、牛顿第二定律等必备知识进行科学解释的能力,体现新时代我国重大科技发展成果,提升学生的民族自信心和自豪感,激发青年学生树立为国家服务、奉献科技事业的信念,考查考生理解能力、模型构建能力、推理论证能力,运用匀速圆周运动模型解决问题.本题考查应用运动与相互作用观念解决问题,以考查科学思维等学科核心素养.

1.2 以学习探索情境为载体,增强试题的区分度,落实高考的基本功能——服务选才

2022年高考全国乙卷物理试题以学习探索情境为主,通过优化设问角度,增加试题的探究性、开放性(如16题、19题、21题、24题、25题等),增强试题的区分度、选拔性,以服务选才.

例2(16题)固定于竖直平面内的光滑大圆环上套有一个小环.小环从大圆环顶端P由静止开始自由下滑,在下滑过程中,小环的速率正比于( ).

A.它滑过的弧长

B.它下降的高度

C.它到P点的距离

D.它与P点的连线扫过的面积

答案C.

评析以小环到P点的距离为弦长构建等时圆模型,等效为沿弦长运动,则有l＝,解得v＝∝l.试题以“小环从大圆环顶端静止下滑”为背景创设学习探索情境,考查机械能守恒定律和圆的知识方法等必备知识,考查考生理解能力、模型构建能力、推理论证能力,运用等时圆模型解决问题.本题考查应用运动与相互作用观、能量观解决问题,以考查科学思维等学科核心素养.

图1

1.3 以教材问题和经典模型为载体,设置不同层级的情境活动,以必备知识为支点,落实基础教育对高考的现实要求——引导教学

2022年高考全国乙卷物理试题的命制严格依据课程标准,注重对高中物理核心、主干内容的考查,但对磁场和原子物理考查不足.试题注重在考查中深化基础性,情境素材关联呼应教材.题干设问注重与教材中的重点内容建立知识链接,并充分考虑新旧教材更替的因素,优先选择新旧教材中都有的经典模型为关联对象,引导教学重视教材、用好教材,促进课堂回归教材、研究教材.如14题关联教材中的航天器中的失重现象,16题关联教材中的类单摆模型,17题关联教材中的练习与应用,18题关联教材中用手机测重力加速度,19题关联等量同(异)种点电荷,每一道题都与教材呼应.

例3(19题)如图2所示,两对等量异种点电荷＋q、－q(q＞0)固定于正方形的4个顶点上.L、N是该正方形两条对角线与其内切圆的交点,O为内切圆的圆心,M为切点.则( ).

图2

A.L和N两点处的电场方向相互垂直

B.M点的电场方向平行于该点处的切线,方向向左

C.将一带正电的点电荷从M点移动到O点,电场力做正功

D.将一带正电的点电荷从L点移动到N点,电场力做功为零

答案A、B.

评析判断L和N两点处的电场方向可以将两个等量同种点电荷的电场进行叠加;判断M点的电场方向、L和N点的电势高低可以将上下两组等量异种点电荷电场进行叠加.由于M点在下面等量异种点电荷的连线上,可以略去上面的等量异种点电荷的电场作用.

试题以两对等量异种点电荷为背景,考查电场强度、电场线、等势面、电势、电场力做功等必备知识,考查提取有效信息能力、理解能力、模型构建能力、推理论证能力,运用等量同(异)种点电荷模型,应用对称法、近似法解决问题,在问题解决中引导全面育人.试题考查应用物质观、运动与相互作用观、能量观解决问题,以考查科学思维等学科核心素养.

2 聚焦关键能力,靶向核心素养

乙卷试题的命制稳中求变、变中求新,在选择题中出现了实验题(在甲卷中,出现了以实验题为素材的计算题),突出学科本质,凸显物理实验在发展学生核心素养方面的重要地位和作用,引导高中教学开足开好实验课,鼓励学生开展各种科学探究活动,提高实验技能和创新能力.

选择题突出考查理解、模型构建、推理论证能力,以及创新能力和实验探究能力,进而考查物理观念、科学思维素养.实验题突出考查实验探究能力,以考查科学探究素养.计算题突出考查模型构建、信息整合、分析综合能力,以及应用数学知识解决物理问题的能力和创新能力,以重点考查科学思维素养.

2.1 突出主干知识,考查物理观念的要素

“物理观念”主要包括物质观念、运动与相互作用观念、能量观念等要素.试题通过设置学习探索情境和生活实践情境,考查应用物理观念分析解释科学问题的能力.

例4(20 题)质 量为1kg的物块在水平力F的作用下由静止开始在水平地面上做直线运动,F与时间t的关系如图3所示.已知物块与地面间的动摩擦因数为0.2,重力加速度g取10m·s－2.则( ).

川藏高速公路在复杂的地质环境作用下，形成了多种类型的崩塌。按破坏模式可分为滑移式崩塌、倾倒式崩塌、坠落式崩塌和滚落式崩塌。崩塌破坏模式分类见图1。

图3

A.4s时物块的动能为零

B.6s时物块回到初始位置

C.3s时物块的动量为12kg·m·s－1

D.0～6s时间内F对物块所做的功为40J

答案A、D.

评析将图像向下平移2N,可得合外力与时间的图像,根据面积相等,迅速判断减速运动1s后速度变为0,即4s后物体反向运动,然后画出速度图像,进而迅速得出结论.

试题以物块在水平面上运动为背景创设学习探索情境,属于较难的综合题,虽易于入手,但计算复杂.本题考查弹力、摩擦力、牛顿第二定律、运动学公式、动能定理、功能关系、动量定理、动能和动量等必备知识,考查提取有效信息能力、理解能力、模型构建能力、推理论证能力、应用数学知识处理物理问题的能力,通过匀加速直线运动、匀减速直线运动和去而复返运动模型解决问题.考查应用运动与相互作用观、能量观、动量观解决问题,以考查科学思维素养.

2.2 凸显思维方法,考查科学思维的要素

思维方法指的是学习者在面对生活实践或学习探索问题情境时,能进行独立思考和探索创新的内在认知品质.“科学思维”主要包括模型构建、科学推理、科学论证、质疑创新等要素.

1)试题突出考查模型构建能力,助力提升科学思维素养

例5(17题)一点光源以113 W 的功率向周围所有方向均匀地辐射波长约为6×10－7m 的光,在离点光源距离为R处每秒垂直通过每平方米的光子数为3×1014个.普朗克常量为h＝6.63×10－34J·s－1.R约为( ).

A.1×102m B.3×102m

C.6×102m D.9×102m

答案B.

评析光子以球面波的形式传播,以光源为原点的球面上的光子数相同,构建半径为R的球面模型,则光源每秒发出的垂直于1m2面积的光子数为N＝代入数据得R≈3×102m.

本题以教材练习与应用中的问题为素材创设生活实践情境,属于偏难的中档题,考查光子的能量、功率和估算方法,考查理解能力、模型构建能力、推理论证能力,构建球面模型解决实际问题.

2)试题突出考查推理论证能力,提升科学思维素养

试题通过设置不同物体的运动情境或设置不同的题设条件,在比较分析中进行推理论证,在推理论证中得出结论.

例6(21 题)一种可用于卫星上的带电粒子探测装置,由两个同轴的半圆柱形带电导体极板(半径分别为R和R＋d)和探测器组成,其横截面如图4所示,点O为圆心.在截面内,极板间各点的电场强度大小与其到O点的距离成反比,方向指向O点.4个带正电的同种粒子从极板间通过,到达探测器.不计重力.粒子1、2做圆周运动,圆的圆心为O、半径分别为r1、r2(R＜r1＜r2＜R＋d);粒子3从距O点r2的位置入射并从距O点r1的位置出射;粒子4从距O点r1的位置入射并从距O点r2的位置出射,轨迹如图5中虚线所示.则( ).

图4

图5

A.粒子3入射时的动能比它出射时的大

B.粒子4入射时的动能比它出射时的大

C.粒子1入射时动能小于粒子2入射时动能

D.粒子1入射时动能大于粒子3入射时动能

答案B、D.

评析试题以一种可用于卫星上的带电粒子探测装置为情境,考查带电粒子在电场中的运动,考查牛顿第二定律、向心力、电场力做功、动能定理等知识点,体现高考命题的综合性、应用性、创新性,考查提取有效信息能力、符号理解能力、阅读理解能力、信息整理能力、模型构建能力、推理论证能力,以构建匀速圆周运动、向心运动、离心运动模型,应用比较法解决问题,以扩展学生关注的科技领域,拉近学生与微观世界的距离.

3)试题突出考查质疑创新能力,助力提升创新素养

试题注重利用图像呈现丰富的物理信息,增加试题信息的广度,要求考生能够从图像中获取信息,建立不同信息之间的联系,从而构建正确的物理图景.试题注重利用图像呈现丰富的物理信息,要求学生能够从图像、图表、图示中获取信息,建立文字、图像等不同信息呈现方式之间的关联,从而构建正确的物理图景,建立物理模型,考查学生的信息加工、逻辑推理、整合关联、迁移应用和应用数学知识处理物理问题等关键能力.

例7(25题)如图6-甲所示,一质量为m的物块A与轻质弹簧连接,静止在光滑水平面上.物块B向A运动,t＝0时与弹簧接触,到t＝2t0时与弹簧分离,第一次碰撞结束,A、B的v-t图像如图6-乙所示.已知从t＝0到t＝t0时间内,物块A运动的距离为0.36v0t0.A、B分离后,A滑上粗糙斜面,然后滑下,与一直在水平面上运动的B再次碰撞,之后A再次滑上斜面,达到的最高点与前一次相同.斜面倾角为θ(sinθ＝0.6),与水平面光滑连接.碰撞过程中弹簧始终处于弹性限度内.求:

图6

(1)第一次碰撞过程中,弹簧弹性势能的最大值;

(2)第一次碰撞过程中,弹簧压缩量的最大值;

(3)物块A与斜面间的动摩擦因数.

答案(1).(2)0.768v0t0.(3)0.45.

评析试题以物块间的弹性碰撞和物块在斜面上去而复返的运动为素材,设置复杂学习探索情境,考查弹性碰撞、速度—时间图像、动量守恒定律、能量守恒定律、动能定理、牛顿第二定律、匀变速直线运动等必备知识,考查理解、推理论证、模型构建、创新能力,考查运动与相互作用观、能量观以及构建模型、科学推理、科学论证、质疑创新等科学思维素养.

4)试题考查获取、加工信息能力,助力建立终身学习能力

获取信息的能力要求能够从文本、图表、图像等信息载体中获取有效信息,结合所学知识解决相关问题.

例8(18 题)安装适当的软件后,利用智能手机中的磁传感器可以测量磁感应强度B.如图7所示,在手机上建立直角坐标系,手机显示屏所在平面为xOy面.某同学在某地对地磁场进行了四次测量,每次测量时y轴指向不同方向,而z轴正向保持竖直向上.根据表1中测量结果可推知( ).

图7

表1

A.测量地点位于南半球

B.当地的地磁场大小约为50μT

C.第2次测量时y轴正向指向南方

D.第3次测量时y轴正向指向东方

答案B、C.

评析试题以智能手机测地磁场的磁感应强度为素材创设实践探索情境,要求考生根据题中给出的测量结果推理测量地点、y轴正方向的指向情况等,考查从图表中获取信息,利用信息推理论证并得出结论的能力,让学生体会科学技术影响着我们的生活和学习,提升学生对物理实验探究的兴趣,发展学生的证据意识,提升科学探究的素养.

2.3 创设真实情境,考查科学探究要素

“科学探究”主要包括问题、证据、解释、交流等要素.2022年高考特别注重实验探究能力的考查,涉及实验原理、实验方案的设计、仪器的选择和操作、数据获取与处理、电表读数、得出结论等,以体现自然科学重视实验的鲜明底色,考查实验能力,凸显学科本质,培育科学探究素养.

例9(23题)一同学探究阻值约为550Ω 的待测电阻Rx在0～5mA 范围内的伏安特性.可用器材有:电压表V(量程为3V,内阻很大),电流表A(量程为1mA,内阻为300Ω),电源E(电动势约为4V,内阻不计),滑动变阻器R(最大阻值可选10Ω 或1.5 kΩ),定值电阻R0(阻值可选75Ω 或150Ω),开关S,导线若干.

(1)要求通过Rx的电流可在0～5 mA 范围内连续可调,将图8所示的器材符号连线,画出实验电路的原理图;

图8

(2)实验时,图8 中的R应选最大阻值为_________(填“10 Ω”或“1.5kΩ”)的滑动变阻器,R0应选阻值为________(填“75Ω”或“150Ω”)的定值电阻;

(3)测量多组数据可得Rx的伏安特性曲线.若在某次测量中,电压表、电流表的示数分别如图9-甲和图9-乙所示,则此时Rx两端的电压为________V,流过Rx的电流为_________mA,此组数据得到的Rx的阻值为_________Ω(保留3位有效数字).

图9

答案(1)如图10所示.

图10

(2)10Ω;75Ω.

(3)2.30;4.20;548.

评析试题以探究定值电阻的伏安特性曲线为素材,设置较复杂学习探索情境.要求电流表从0开始调节,供电电路应选用滑动变阻器的分压式接法,滑动变阻器选择阻值小的;理想电压表、电流表外接(若电流表内接,电压表会超程,且测量值偏离给定的阻值较大);电流表量程为1mA,需要改装成5mA 电流表.这些信息都需要阅读文本才能实现信息转化.试题考查实验原理、选择器材、电表读数、数据处理、得出结论的实验能力.基于问题、证据作出科学解释并得出结论.

2.4 优化情境设计,考查科学态度与责任要素

“科学态度与责任”主要包括科学本质、科学态度、社会责任等要素.通过学生审题,获取有效信息,选择正确的概念、规律、方法,建立正确的物理模型,再转化为数学模型,这一系列的思维过程,目的是考查学生的科学态度.学生通过对不同情境试题的见识,形成对社会责任的认知.

总之,2022年全国乙卷物理试题,以稳求进,在进化中回归基础,在基础中突出融合,在融合中突出应用,在应用中追求创新.凸显核心功能、聚焦关键能力、靶向核心素养,助推高考改革,推进育人方式的变革,助力全面育人,实现为党育人、为国育才.

(完)