浅谈新高考模式下高三物理的作业设计

杨钰玲

(福建省漳州第一中学)

2020年教育部考试中心发布了《中国高考评价体系》,它是高考改革的纲领性文件。文件中提出要以立德树人作为高考命题的核心要旨,坚持命题与现实热点、生产生活实践相结合,着重考查学生的探究意识和深度思维能力,实现从“考知识”向“考能力”转变。可以说,中国高考命题正式进入了“无思维,不命题”的新时期。

为了更加有效地应对新高考,提高学生的复习效率,笔者认为科学、精准地设计作业,不仅能有效加强学生对学科知识本质的理解,更能帮助学生提高思维能力,提升物理学科的核心素养。笔者结合自己的探索实践,以《动量守恒定律——动碰静模型》为例,与大家交流分享下高三作业设计的一些体会与思考。

一、强化物理核心概念考查,夯实基础知识

高三物理复习教学首要解决的是学生的基础知识和基本规律的复习。了解知识规律的来龙去脉,透彻理解概念,弄清本质,掌握定律公式及其适用条件等。比如弹性碰撞的动碰静模型,需要学生知道什么是弹性碰撞,了解弹性碰撞的特点,即碰撞前后系统的动量守恒、动能不变;能掌握弹性碰撞中动碰静模型的二级结论。为了达成这一目标,在作业设计时我们应该要选择能再现基础知识、帮助学生深刻理解概念的基础性题目。

【例1】2022年第24届冬季奥运会在北京和张家口举行。如图1为运动员投掷冰壶的镜头。在某次投掷中,三个完全相同的冰壶甲、乙、丙在一条直线上,且乙、丙靠在一起。当运动员将冰壶甲推出,与乙碰撞前瞬间甲速度为v0,设冰壶间的碰撞为弹性正碰,则碰后三个冰壶的速度可能是( )

图1

D.v甲=v乙=0,v丙=v0

【答案解析】由题设条件可知三个冰壶在弹性碰撞过程中总动量和总动能不变,D正确。

【设计意图】本题以2022年冬奥会冰壶比赛为背景,将学科内容和体育运动结合,引导学生热爱体育运动。试题来源于教材中的迷你实验室“牛顿摇篮”,考查内容为弹性碰撞中动碰静模型的特点以及二级结论。重在引导学生高三复习时一定要回归教材,重视教材中“科学书屋” “迷你实验室” “课后习题”等丰富的教学资源。

【例2】如图2所示,小球A、B均静止在光滑水平面上。现给A球一个向右的初速度,之后与B球发生对心碰撞。下列关于碰后情况,说法正确的是( )

图2

A.碰后小球A、B一定共速

B.若A球质量等于B球质量,碰后A球一定静止

C.若A球质量小于B球质量,无论A球初速度大小是多少,A球都将反弹

D.若A、B球发生弹性碰撞,A球质量足够大,B球质量足够小,则碰后B球的速度可以是A球的2倍

【设计意图】本题考查内容为弹性碰撞和非弹性碰撞以及弹性碰撞中动碰静模型的二级结论。动碰静模型的二级结论是在两物体发生弹性碰撞的前提下成立的,学生如果对结论死记硬背,不了解来龙去脉容易造成误解,再次提醒学生要吃透基础知识。除此之外,弹性碰撞碰后速度的计算,因为涉及动量守恒和机械能守恒的二元二次方程组的求解,也成为学生的一个计算能力的考查点。

二、重视知识间的内在联系,提高建模能力

在学生掌握一个个的知识点之后,还要帮助学生梳理知识结构,抓住学科各部分知识之间的纵横联系,固化学科知识结构。而规律建模、过程建模、一模多用在这一环节发挥着重要作用。历年高考对弹性碰撞模型的考查不仅局限于经典模型,还常常涉及许多的“类碰撞”模型,如“物块—弹簧” “滑块—斜面或曲面”模型等。这些模型在运动过程、动量问题、能量守恒等方面与弹性碰撞存在着相似性,可以归结为一个模型(如表1)。这样的“一模多用”,能够使学生更好地掌握各知识点间的联系,加深对知识体系的理解,促进知识迁移能力的培养,提高物理的学科思维。

表1

【例3】如图3,在光滑水平面上放有一质量为M带光滑弧形槽的小车,一质量为m的小球以速度v0沿水平槽口滑上小车。求:

图3

(1)小球能滑至弧形槽内的最大高度(设小球不会从小车右端滑出);

(2)小车的最大速度;

(3)当小球从小车左端脱离后将做什么运动?

当m=M时,v1=0,小球从小车左端脱离后做自由落体运动;

当m>M时,v1>0,小球从小车左端脱离后向右做平抛运动;

当m

三、注重物理试题情境创设,提升核心素养

《中国高考评价体系》提出的“一核”“四层”“四翼”的评价模式,对试题的“情境”要求高,情境是评价的重要载体,是“核心价值金线”和“能力素养银线”的串联线。纵观近几年的高考试题,都呈现出“无价值,不入题;无情境,不成题”的特征。这要求我们在作业设计时要有意识地联系社会热点和生产生活实践创设试题情境,引导学生从“解题”向“解决问题”转变。

【例4】物理学中有一种碰撞被称为“超弹性碰撞”,通过能量的转移可以使最上面的小球弹起的高度比释放高度更高。如图4所示,质量分别为m1和m2的两个弹性极好的小球A、B叠放在一起,从高度为h处由静止同时释放,不计空气阻力。已知h远大于两球半径,所有碰撞均为弹性碰撞且都发生在竖直方向上。落地瞬间B先与地面碰撞,后与A碰撞。碰撞后B速度恰为零,求:

图4

(1)落地前瞬间,两个小球的速度大小v0;

(2)两个小球的质量之比m1∶m2;

(3)小球A上升的最大高度H。

【设计意图】本题改编自鲁科版物理教材选择性必修第一册的课后习题,选取了物理中的“超级碰撞球”这一真实问题情境进行考查,考查学生的信息获取与加工能力和模型构建能力。该题中先是B与地面的碰撞,属于极小质量物体碰撞静止的极大质量物体,考查了动碰静模型的二级结论;第二次虽然是运动的B和运动的A碰撞,但是因为碰后B速度为0,可以将这个过程逆向思维看成动碰静模型,从而降低难度。

【例5】随着科幻电影《流浪地球》的热映,“引力弹弓效应”进入了公众的视野。“引力弹弓效应”是指在太空运动的探测器,借助行星的引力来改变自己的速度,发射于1977年的旅行者1号和2号正是引力弹弓效应的受益者。该效应等效为一个无接触的“弹性碰撞”过程。如图5以太阳为参考系,质量为M的木星速度为u0,质量为m的探测器以速度v0飞向木星。经过木星作用后,求当探测器运动至A的对称点B处时,木星和探测器的速度u和v分别是多少。(忽略其他天体引力作用)

图5

【答案解析】解法一:规定图中u0方向为正方向,根据动量守恒定律有m(-v0)+Mu0=mv+Mu。

【设计意图】本题以引力弹弓为背景,引导学生关注科技发展。本题解法二采用了参考系转换法,该方法中蕴藏了伽利略的惯性参考系等效性原理这一物理思想,将弹性碰撞中的动碰静和动碰动模型联系起来,开阔了学生视野,有助于学生开展深度学习。

四、选做高考真题查缺补漏,检验复习效果

高考真题有效全面覆盖所有的知识要点以及高考评价中要求的关键能力,是高三复习作业设计最好的材料来源。通过做并研究真题可以使学生深入知识体系,快速掌握高考的重难点,有效提高分析问题、解决问题的能力,同时提前熟悉高考的命题风格,从而在考场上临危不惧,胸有成竹。弹性碰撞的动碰静模型属于高考的热点和难点,2019年至2022年全国卷加地方卷约命题14次,单独命题较少,多是与能量等结合的多过程运动的综合问题(如表2)。但是就动碰静过程而言,每年考查的难度基本是一致的。在高三复习时,我们可以针对学生不同阶段的掌握情况精选其中最具有典型性的真题进行训练。

表2

【例6】(2022·湖南卷·4)1932年,查德威克用未知射线轰击氢核,发现这种射线是由质量与质子大致相等的中性粒子(即中子)组成。如图6,中子以速度v0分别碰撞静止的氢核和氮核,碰撞后氢核和氮核的速度分别为v1和v2。设碰撞为弹性正碰,不考虑相对论效应,下列说法正确的是( )

图6

A.碰撞后氮核的动量比氢核的小

B.碰撞后氮核的动能比氢核的小

C.v2大于v1

D.v2大于v0

总之,在高三复习过程中,教师应该依据《中国高考评价体系》,整合教材和高考真题,根据学生能力水平设计出体现基础性、综合性、应用性和创新性的作业,帮助学生夯实必备知识,构建知识网络,提升关键能力、培养学科核心素养。