摘 要:2022年高考全国乙卷理综物理25题,以弹性碰撞和斜面模型为素材,设置问题情境,深入考查学生对物理概念和规律的理解、从图像获取信息的能力以及物理建模能力.其命题理念,对中学物理教学有着极强的示范导向作用.
关键词:科学思维;模型建构;2022年高考
中图分类号:G632 文献标识码:A 文章编号:1008-0333(2023)07-0107-04
高考物理试题对高中物理教学具有极强的示范导向作用.其中,模型建构能力是考查的主要方向之一,注重通过模型组合检验学生科学思维.综观高考压轴题,多对象、多过程问题成为命题主流,“情境+建模”成为主要特色,试题设计体现“源于教材、高于教材”的命题理念,旨在考查学生解决复杂问题的能力.2022年全国理综乙卷第25题较好地呈现了这些特点.
1 试题(2022年全国理综乙卷25题)
如图1(a),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(b)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:
(1)第一次碰撞过程中,弹簧弹性势能最大值;
(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.
1.1 试题评析
试题属于“多对象、多过程”问题,以生活中常见的碰撞为基本素材,结合中学物理教学实际,将弹性碰撞、匀变速直线运动、斜面模型、功能关系等概念、规律融入其中,深入考查学生对概念、规律的理解,重点考查学生物理建模能力.设计思路体现“源于教材、高于教材”的选拔性考试的命题理念,对物理教学有很好的指导作用.试题的一大特点是大量信息通过v-t图像呈现,能否从图中获取关键信息是本题能否解决的关键.试题突出图像应用,考查学生信息收集、加工能力.试题综合考查学生物理核心素养的各个方面,侧重考查学生建立模型解决实际问题的能力,体现选拔功能.具有较好的难度、区分度、信度和效度,兼顾了基础性、综合性、应用性、创新性等高考命题要求的各个维度.
试题另一个特点是:在立足物理建模等科学思维考查的同时,彰显数学应用能力考查.数学是物理学理论的工具与表述形式,本题对数学知识和计算能力的考查要求很高,这不仅是因为数学是自然科学的语言,更因为科学思维能力的很大一个方面,就是运用数学知识解决问题的能力.
1.2 试题解构
题1 物块B向静止A运动,发生对心碰撞,属于一维弹性碰撞模型.
由图1(b)可知在碰撞过程中,B以初速度vB0=1.2v0做减速运动,A由静止开始加速运动,到t=t0时刻,A、B同速且速度为vAB=v0,弹簧压缩最短.在t=t0到t=2t0时间段内,弹簧逐步回归原长,到t=2t0时刻,A以vA=2v0匀速水平右行,B以vB=0.8v0水平右行.
题2 物体A在斜面上的运动为两个独立的匀变速直线运动模型.
物体A以vA=2v0初速度冲上斜面,以加速度大小a1=gsinθ+μgcosθ
做匀减速直线运动;物体A从斜面高点滑下斜面,以加速度大小a2=gsinθ-μgcosθ做匀加速直线运动.
物块A、B再次相撞后,A第二次到达斜面最高点与第一次相同,则物块A第二次与B分离后速度大小为2v0且右行.
3 教学启示
无模型,不物理.高考压轴题通常是“情境+建模”的多对象、多过程问题,十分重视考查学生解决问题的能力,而模型建构能力,则是解决问题的必由之路.这启示我们在物理教学中,要注重从情境中析出核心问题、通过建模解决核心问题.
学生往往被长长的题目吓到.其实,大批量文字描述,目的在于创设情境,“解决问题”应在具体的情境中进行.学生解决实际问题能力的高低,往往取决于将情境与知识联系的水平.能否将文字语言转化成解决问题的物理语言,建立相应的物理模型,是解决问题的关键.在物理学习中,学生存在的一个主要问题是:不会读题.通常是一口气读完全部题,读完之后,究竟获得什么信息,一片茫然.这种读题是花费大量时间而效果极低下的一种读题方式.为了有效解决物理问题,我们需要做如下改进:
3.1 树立信心,坚定信念
“恐惧来源于未知.”所以坚定信心是第一要务.物理教与学中,必须踏实、细致,注重科学思维,注重建模能力的培养.
3.2 重视探究性学习
创造机会使学生动手、动脑、动笔、动口,通过探究学习实现建模能力的提高.教师有针对性地创设真实、具体、形象情境,搭建平台,引起学生积极学习兴趣,激发学生思维,激发主动探究知识的意识与行为.
3.3 正本清源,重视教材
所有的高考试题,考查的是对物理概念、规律的理解、掌握、应用,考查的是基础知识.高考试题命制遵循“源于教材、高于教材、理在教材”的原则,因此教学中,应充分运用教材资源,真正体现以教材为本、以学生为本教学思想,学生才能从“刷题”中解放出来.高三物理复习,一定要回归课本、做到章节过关、知识点过关,重视课本中的例题与课后问题与练习,注意解题规范,应反复研读课本,加深对概念、规律理解、掌握与应用.
3.4 认真读题,尝试说题,解构问题
命题的过程是将知识溶于问题情境,考查学生解决问题的能力;解决问题的过程当然是将知识从问题情境中结晶析出.多对象、多过程的高考物理压轴题,其物理過程看似复杂,其实可以分解成若干单对象、单过程问题,从而将抽象问题具体化,复杂问题简单化,实际问题模型化.现在的物理压轴题,为降低难度,都设置了几个小问题,并且,小问题是逐层递进的.对于设置现实物理情境的长叙述物理问题,为将物理问题转化为数学问题,我们按照“文字语言——物理语言——数学描述”方向转化.
3.5 建构模型,解决问题
经过“解构问题”过程,很长的题目将以十分简洁的核心问题的形式呈现在我们面前,此时,建构物理模型,运用数学物理方法(牛顿动力学方法、能量方法、动量方法)解决问题.
3.6 加强实验,学以致用
无实验,不物理.物理建立在实验基础上,任何教学方法都替代不了实验在教学中的作用,对教材中的实验,包括“做一做”等,尽可能创造机会做实验.在概念建立、规律得出、习题解答等方面精心设计实验,引导学生从“解题”向“解决问题”转变.让物理实验元素贯穿教学各个环节,以求给学生物理思维提供最本真、准确、原始的素材.
参考文献:
[1] 课程教材研究所.物理必修一[M].北京:人民教育出版社,2017(6).
[2] 课程教材研究所.物理选修3-5[M].北京:人民教育出版社,2017(6).
[3] 杨勇.立足物理概念考查,彰显数学应用的能力[J].物理教学,2022(2):63.
[责任编辑:李 璟]
收稿日期:2022-12-05
作者简介:陈卫国,男,湖南省株洲人,硕士,中学高级教师,从事高中物理教学研究.