湖南省2023年普通高中学业水平选择性考试物理试题评析与备考建议

谢志刚 高逸湘

(长沙麓山国际实验学校)

湖南省自2018年开始启动新高考改革,2021年开始新高考,由于2020年才开始使用新教材,因此2021年和2022年的高考被称为“老教材、新高考”,自2023年开始真正意义上的“新教材、新课标、新高考”。所以2023年为湖南高考的“三新”元年,高考物理试题在试卷结构、内容结构、题型结构上都有较大变化。从命题立意角度看,试题依然紧扣《中国高考评价体系》,充分发挥高考的育人、选才、引导功能,落实“四层”从“核心价值、学科素养、关键能力、必备知识”四个方面回答了“考什么”,立足“四翼”从试题的“基础性、综合性、应用性、创新性”响应了“怎么考”的问题。试题相对去年既平稳过渡,又体现出诸多方面的突破与创新。

1 2023年湖南高考物理卷概况分析

1.1 试卷题型及基本结构

2023年湖南省普通高中学业水平选择性考试物理试题(以下简称2023年湖南高考物理卷)时量75分钟,满分100分。试卷分为选择题和非选择题两大类,选择题共10道,分值为44分,其中单项选择题6道,每题4分,多项选择题4题,每题5分,非选择题共5题,其中第11,12题为实验题,第13～15为计算题。每道试题都完整地呈现在一个版面,没有出现跨页现象,方便考生阅读与答题,体现了高考的人文关怀。试题选材注重紧跟时代科技发展,弘扬传统文化,引领核心价值。试题信息的呈现方式上注重多元化,15道试题中,有13道试题配有图形、图像或图表,使试题表现得新颖、形象,整卷既显生动、活泼,又科学、严谨。

1.2 基于“四层”的考查内容分析

续表

从表1可以看出,考查的“必备知识”主要涉及牛顿运动定律与受力、电场、磁场、其次是动量与能量、光与原子物理部分,都属于高中物理主干知识,考查知识较为全面,试题内容较为丰富。在“学科素养”上集中对“物理观念”“科学思维”的考查,突出对物质观念、物理概念与规律在试题情境中的提炼与升华,第9,11,12等题基于观察与实验提出物理问题,形成猜想、假设、论证得出答案,强调科学探究精神,在分析过程中需要严谨求真、实事求是的科学态度,体现出“科学态度与责任”。对“关键能力”的考查主要体现在“推理论证”“理解能力”“模型建构”三个方面,第2,11,12,15等试题承担着对“创新能力”的考查。试卷主要通过“世界观和方法论”来落实“核心价值”,力求挖掘物理本质,求真求实,体现物理学科的育人特色。

1.3 基于“四翼”的考查要求分析

从表2可以看出,试题情境来源于生产生活和学习探索。第1,2,3,5,14等试题背景为生活实践与学习探索中最基本的问题情境,体现试题的基础性。第1,2,4,7,9,13等题以科技前沿、农耕文化、体育运动、发明制作、科技应用等为情境向学生传达了热爱劳动、强健体魄、探索与奋斗的精神与责任担当,体现试题的应用性和综合性。第2,11,12,15等题活化生活情境,由“解题”向“解决问题”转变,由考查知识向落实核心素养过渡,鼓励学生摆脱思维定式的束缚,积极主动探索新方法、解决新问题,引导教师由教“学知识”到教“学方法”的转变,体现试题的创新性。

2 2023年湖南高考物理卷特点分析

2.1 情境来源多元化,突出“五育”融合,落实立德树人

情境是对物理知识考查和高考评价考查的载体,试题以贴近生活、贴近社会、贴近时代的生活实践和学习探索情境为载体,旨在讲好中国故事,厚植家国情怀,落实立德树人、为国选才的根本任务。

【例1】(2023年湖南高考物理卷1)2023年4月13日,中国“人造太阳”反应堆中科院环流器装置(EAST)创下新纪录,实现403秒稳态长脉冲高约束模等离子体运行,为可控核聚变的最终实现又向前迈出了重要的一步,下列关于核反应的说法正确的是( )

A.相同质量的核燃料,轻核聚变比重核裂变释放的核能更多

C.核聚变的核反应燃料主要是铀235

D.核聚变反应过程中没有质量亏损

【答案】A

【评析】本题以中国“人造太阳”为背景对核反应进行考查。彰显出我国科技水平的发展,促进学生树立文化自信,增进民族自豪感。引导学生关注科技前沿,勤奋学习,坚定立志于科学事业、服务祖国的决心。

【例2】(2023年湖南高考物理卷2)如图1,我国某些农村地区人们用手抛撒谷粒进行水稻播种。某次抛出的谷粒中有两颗的运动轨迹如图2所示,其轨迹在同一竖直平面内,抛出点均为O,且轨迹交于P点,抛出时谷粒1和谷粒2的初速度分别为v1和v2,其中v1方向水平,v2方向斜向上。忽略空气阻力,关于两谷粒在空中的运动,下列说法正确的是( )

图1

图2

A.谷粒1的加速度小于谷粒2的加速度

B.谷粒2在最高点的速度小于v1

C.两谷粒从O到P的运动时间相等

D.两谷粒从O到P的平均速度相等

【答案】B

【评析】本题以我国农村地区人们抛撒谷粒进行播种为情境,考查平抛运动和斜抛运动。从价值引领的角度,引导学生崇尚劳动,了解中国传统农耕文化,体会劳动人民的艰辛,从育人角度,将劳动教育融到“五育”环节,体现了劳动育人功能,落实立德树人根本任务。

2.2 试题突显基础性与应用性,突出主干知识

高考命题的基础性,体现在以生活实践与学习探索中最基本的问题情境作为载体,考查考生对学科基本知识、基本原理、基本技能和基本方法的掌握和应用,强调对核心概念、基本规律的考查。高考命题的应用性要求试题贴近生活、贴近社会发展、贴近时代进步。

【例3】(2023年湖南高考物理卷13)汽车刹车助力装置能有效为驾驶员踩刹车省力。如图3,刹车助力装置可简化为助力气室和抽气气室等部分构成,连杆AB与助力活塞固定为一体,驾驶员踩刹车时,在连杆AB上施加水平力推动液压泵实现刹车。助力气室与抽气气室用细管连接,通过抽气降低助力气室压强,利用大气压与助力气室的压强差实现刹车助力。每次抽气时,K1打开,K2闭合,抽气活塞在外力作用下从抽气气室最下端向上运动,助力气室中的气体充满抽气气室,达到两气室压强相等;然后,K1闭合,K2打开,抽气活塞向下运动,抽气气室中的全部气体从K2排出,完成一次抽气过程。已知助力气室容积为V0,初始压强等于外部大气压强p0,助力活塞横截面积为S,抽气气室的容积为V1。假设抽气过程中,助力活塞保持不动,气体可视为理想气体,温度保持不变。

图3

(1)求第1次抽气之后助力气室内的压强p1;

(2)第n次抽气后,求该刹车助力装置为驾驶员省力的大小ΔF。

【评析】试题将汽车刹车助力装置简化成汽缸活塞模型,考查了玻意耳定律和充放气模型。汽车是考生们熟悉的交通工具,充放气类模型为热学中的基本模型,此题突出对高中物理核心内容、主干知识的考查。作为第一道计算题,难度不大,但是部分考生利用玻意耳定律建立状态方程时,对体积理解有误。导致等号两边对应的气体不是等质量气体而出错,因此教师在平常教学中,要引导学生对基本规律的推导,对基本原理的理解,杜绝死记结论和机械性刷题。

2.3 创设实验新情境,考查实验探究与创新能力

实验是培养学生动手能力,落实学科核心素养的重要途径,2023年湖南高考物理实验题从探究实验原理、实验方案设计与创新、仪器使用、数据获取与处理、结论生成、误差分析等多维度区分不同能力层级的考生,达到为国选才的目的。

第11题借助手机传感器探究弹簧振子周期与质量的关系,如图4,属于创新试题,其原理是磁场变化周期与弹簧振子的运动周期相等。通过手机磁传感器采集磁感应强度变化周期得到弹簧振子的振动周期,再通过B-t坐标图像,如图5反馈呈现。试题考查了考生对实验创新方案的理解和探究能力。本实验要求考生从B-t坐标图像获取周期数据、从表格中提炼、概括出弹簧振子周期的平方与质量的定性关系,考查学生的分析综合与推理能力。在问题设计上若题干不直接给出弹簧振子振动周期等于磁感强度变化周期,会使题目更具探究性,命题组可能出于降低试题难度考虑而直接给出了条件。

图4

图5

图6

图7

第11题第(7)问和第12题第(5)问对实验误差进行分析,引导学生养成严谨认真、实事求是、持之以恒的科学态度,也是考题对落实核心素养中科学态度与责任的回应。

2.4 试题呈现综合性,重视关键能力的培养

【例4】(2023年湖南高考物理卷15)如图8,质量为M的匀质凹槽放在光滑水平地面上,凹槽内有一个半椭圆形的光滑轨道,椭圆的半长轴和半短轴分别为a和b,长轴水平,短轴竖直。质量为m的小球,初始时刻从椭圆轨道长轴的右端点由静止开始下滑。以初始时刻椭圆中心的位置为坐标原点,在竖直平面内建立固定于地面的直角坐标系xOy,椭圆长轴位于x轴上。整个过程凹槽不翻转,重力加速度为g。

图8

(1)小球第一次运动到轨道最低点时,求凹槽的速度大小以及凹槽相对于初始时刻运动的距离;

(2)在平面直角坐标系xOy中,求出小球运动的轨迹方程;

【评析】椭圆凹槽轨道的设计是此题的亮点,考生对物块与斜面、圆形凹槽轨道间习题训练较多,而本题打破常规引入椭圆凹槽轨道等真实情境,考查学生的知识迁移与运用能力。第(1)问立足基本模型,运用动量守恒和能量转化知识求解物块与凹槽间的速度;由水平方向动量守恒,类比“人船模型”进行求解位移。第(2)小问需要列出椭圆方程,并再次对“人船模型”进行变式应用,求出任意点对应的坐标并代入椭圆方程求解。第(3)问承接第(2)问结论,巧设质量间的等量关系,将椭圆方程简化为圆的方程,再次依据动量守恒和能量转化规律求解,突显试题的灵活性。

本题紧密围绕学科必备知识,灵活转换考查思路与切入点,结合数学、几何知识运用动量守恒定律、能量的知识综合解题。本题属于本卷压轴题,具有较强的综合性,考查对知识、能力、素养之间的整合能力以及综合运用水平。在3个问题的设计上易、中、难搭配合理,具有良好的区分度。本题从不同维度考查考生的关键能力,对《中国高考评价体系》中的各个维度考查到位,是对其基本内涵“一核、四层、四翼“的全面落实。

3 备考建议

3.1 重视实验教学,培养关键能力

目前教师在实验教学中大多以课堂演示实验呈现,甚至以视频、PPT的形式展示实验,在高三复习课中更倾向于以“讲实验”替代“做实验”,造成学生的实验体验感很差,对实验的理解大多停留在理论层面,无法把握好新高考形式下的新实验题。

高考物理实验题来源于教材,又高于教材,常以教材必做实验为基础,结合生产生活、科技应用等情境以创新题的形式呈现。教师在教学中要充分利用已有实验器材对实验原理与规律进行课堂展示,把课堂搬进实验室引导学生多动手做实验。同时努力发动组内老师、学生自制实验器材,通过校本课程开发实验课程资源,满足新高考对物理实验的要求。重视将智能手机、实验软件作为探究学习的工具,鼓励学生积极参与校内外各种科技探究活动,提高实验技能和创新意识。

3.2 重视用数学知识解决物理问题能力

近年不少高考试题除了对物理知识的考查外,还需要数学知识的运用。因此,教师在平常教学中要重视数学思想在物理问题中的渗透,重点对三角函数、不等式、方程求解、数列求和、矢量运算、几何关系、曲线函数等进行训练,加强对立体空间类真实情境的感知训练,熟练三维图像与二维图像的转化,培养学生良好的运用数学思维解决物理问题的能力。

3.3 重视挖掘教材资源、追本溯源基本原理

研究近几年高考物理试题,考查内容普通呈现“基础性”与“创新性”,在复习备课中要重视对基础题的研究与二次开发,要对基本规律、基本原理、基本方法进行追本溯源,理解其真正内涵。教材作为物理知识和规律的承载者具有很强的权威性、指导性,要充分利用好教材插图、阅读材料、拓展学习、科学漫步、思考与讨论,引导学生遇到陌生的知识点要善于翻阅教材寻找答案。教材中的例题和习题具有一定的示范和引领作用,因此在备考过程中要回归教材,重做教材习题。教师要对教材例题与习题进行精选和改编,结合学生的最近发展区对试题进行引申、拓展、变式。

3.4 淡化考点意识,培养高阶思维能力

新高考实现从“考知识”到“考思维”的转变,实现从“解答试题”到“解决问题”的转变,这一转变对学生的高阶思维、知识迁移能力提出了全新要求,传统的以获取知识为唯一目标的学习方式和陈旧的教学模式加上“题型+套路+题海重复练习”的备考策略将必然失效。必须减少“死记硬背”和“机械刷题”,注重培育创新思维、批判思维、辩证思维等高阶思维能力,才能有效应对高考。