2015年高考北京卷理綜物理試卷分析

何 龍崔軼斌潘天俊孟衛(wèi)東

(清華大學(xué)附屬中學(xué)北京100084)

2015年高考北京卷理綜物理試卷如約而至，該試卷考查全面，力學(xué)、電磁學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)、近代物理知識(shí)均有覆蓋．該試卷重視基礎(chǔ)，強(qiáng)調(diào)對(duì)物理基本概念、規(guī)律、模型的考查．該試卷聯(lián)系實(shí)際，貼近學(xué)生生活，蹦極、IC卡原理、鐵鎖和細(xì)線做單擺等，都是題目的背景素材．該試卷突出物理思維的考查，“摩擦力勢(shì)能”、光電池的電動(dòng)勢(shì)與內(nèi)阻，均有濃厚的物理思辨色彩．該試卷注重物理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析能力，不僅僅是考查簡(jiǎn)單的計(jì)算，而是強(qiáng)調(diào)圖像、函數(shù)等數(shù)學(xué)工具在處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中的合理應(yīng)用．

綜上所述，2015年高考北京卷理綜物理試卷是一份重視基礎(chǔ)、貼近生活、注重實(shí)驗(yàn)、突出思維的試卷，有利于現(xiàn)階段高校選拔人才，也有利于高中教學(xué)的改革深入．

1試卷整體分析

高中物理包括力學(xué)、電磁學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)、近代物理知識(shí)5大部分，分散在必修物理1，物理2，選修3-1，3-2，3-3，3-4，3-5等7個(gè)模塊中．北京卷每年的考查范圍都包括上述5大部分、7個(gè)模塊，今年同樣如此．具體分析如表1.

表1　試卷整體分析

根據(jù)上表可以分析看出，今年北京卷物理試題考查全面，5大部分、7個(gè)模塊均有涉及．下面做進(jìn)一步的對(duì)比分析.

表2　試卷整體的對(duì)比分析

圖1

從表2和圖1可以看出，北京卷依然重視力學(xué)、電磁學(xué)部分的考查，因?yàn)榱W(xué)是高中物理的基礎(chǔ)，力學(xué)包含了大量物理學(xué)的基本概念、基本規(guī)律、基本方法；而電磁學(xué)進(jìn)一步擴(kuò)寬了人類對(duì)自然界認(rèn)識(shí)的疆域，它是理解現(xiàn)代電力社會(huì)、信息社會(huì)的基礎(chǔ)．值得注意的是，近代物理知識(shí)雖然直接、單純考查的并不多(僅選擇題14題單純考查了α衰變的知識(shí))，但以近代物理知識(shí)為背景，綜合考查力學(xué)、電磁學(xué)知識(shí)的現(xiàn)象尤為突出，利用選擇題17題，以磁場(chǎng)中的β衰變?yōu)楸尘埃疾榱藙?dòng)量守恒、勻強(qiáng)磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用、左手定則、勻速圓周運(yùn)動(dòng)的相關(guān)知識(shí)，綜合性非常高．再比如計(jì)算題24題，本次物理部分的壓軸題，破天荒以光電效應(yīng)為背景，考查對(duì)光電池的等效電動(dòng)勢(shì)、內(nèi)阻的理解，涉及電源、電場(chǎng)對(duì)電荷的作用、電功率等知識(shí)，綜合性也非常高、對(duì)模型的考查深入、獨(dú)特．

今年試卷的選擇題、實(shí)驗(yàn)題、計(jì)算題的結(jié)構(gòu)、分值與往年完全相同，因此不再贅述．

2試卷特點(diǎn)分析

2.1貼近生活聯(lián)系實(shí)際

高中生學(xué)習(xí)物理不同于物理學(xué)家研究物理，讓學(xué)生感覺所學(xué)物理知識(shí)越有趣、越有用，就越能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情和動(dòng)力．從今年試卷可以看出，高考物理試卷不僅要承擔(dān)選拔人才的功能，更希望促進(jìn)學(xué)生關(guān)注身邊的世界，利用所學(xué)物理知識(shí)解釋生活現(xiàn)象．

【例1】(2015年高考北京卷第19題)“蹦極”運(yùn)動(dòng)中，長(zhǎng)彈性繩的一端固定，另一端綁在人身上，人從幾十米高處跳下．將蹦極過程簡(jiǎn)化為人沿豎直方向的運(yùn)動(dòng)．從繩恰好伸直，到人第一次下降至最低點(diǎn)的過程中，下列分析正確的是

A．繩對(duì)人的沖量始終向上，人的動(dòng)量先增大后減小

B．繩對(duì)人的拉力始終做負(fù)功，人的動(dòng)能一直減小

C．繩恰好伸直時(shí)，繩的彈性勢(shì)能為零，人的動(dòng)能最大

D．人在最低點(diǎn)時(shí)，繩對(duì)人的拉力等于人所受的重力

【答案】A

比如選擇題19題，以“蹦極”運(yùn)動(dòng)為素材背景，考查從繩恰好伸直到第一次下降到最低點(diǎn)的過程中，從動(dòng)力學(xué)的角度、功能關(guān)系的角度、動(dòng)量和沖量的角度來(lái)分析、解釋這個(gè)物理現(xiàn)象，特別是“何時(shí)人的速度最大”、“最低點(diǎn)位置人的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)”的深度考查，因?yàn)槠匠Ｈ硕鄶?shù)認(rèn)為“繩子伸直后人立刻開始減速”、“最低點(diǎn)位置人的速度為零，因此合外力為零”，這種錯(cuò)誤的前概念正是物理學(xué)習(xí)中要重點(diǎn)克服的障礙．

【例2】(2015年高考北京卷第20題)利用所學(xué)物理知識(shí)，可以初步了解常用的一卡通(IC卡)的工作原理及相關(guān)問題．IC卡內(nèi)部有一個(gè)由電感線圈 L 和電容 C 構(gòu)成的 LC 振蕩電路，公交車上的讀卡機(jī)(刷卡時(shí)“嘀”的響一聲的機(jī)器)向外發(fā)射某一特定頻率的電磁波．刷卡時(shí)，IC卡內(nèi)的線圈 L中產(chǎn)生感應(yīng)電流，給電容C充電，達(dá)到一定的電壓后，驅(qū)動(dòng)卡內(nèi)芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和傳輸．下列說(shuō)法正確的是

A．IC卡工作所需要的能量來(lái)源于卡內(nèi)的電池

B．僅當(dāng)讀卡機(jī)發(fā)射該特定頻率的電磁波時(shí)，IC卡才能有效工作

C．若讀卡機(jī)發(fā)射的電磁波偏離該特定頻率，則線圈L不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流

D．IC卡只能接收讀卡機(jī)發(fā)射的電磁波，而不能向讀卡機(jī)傳輸自身的數(shù)據(jù)信息

【答案】B

比如選擇題20題，以“公交一卡通(IC卡)”的原理為素材背景，考查讀卡機(jī)如何讀取IC卡的信息．對(duì)于IC卡，學(xué)生既熟悉(經(jīng)常使用)又陌生(無(wú)法看清內(nèi)部結(jié)構(gòu)，不懂工作原理)，通過題目提示，大膽猜想其工作原理，同時(shí)又要小心求證自己的猜想是否合理．特別是C選項(xiàng)，更需要學(xué)生敢于突破局限．因?yàn)楦鶕?jù)電磁感應(yīng)規(guī)律，當(dāng)讀卡器發(fā)射電磁波時(shí)，不論頻率如何，線圈中都應(yīng)該產(chǎn)生感應(yīng)電流，豈不是意味“非法讀卡器發(fā)射任意頻率電磁波都能改變IC卡信息了嗎？”，這個(gè)問題不能理解清楚會(huì)導(dǎo)致考生懷疑IC卡的原理是否就是電磁感應(yīng)規(guī)律，這就需要考生理解題目中“達(dá)到一定的電壓后”這個(gè)觸發(fā)條件．從這道試題的設(shè)計(jì)可以看出，命題人希望考生多利用物理知識(shí)解開身邊世界的神秘面紗，多在“習(xí)以為?！钡纳钪杏幸浑p“物理的眼睛”．

2.2運(yùn)用數(shù)學(xué)工具描述規(guī)律分析問題

數(shù)學(xué)在物理中的應(yīng)用絕不僅僅體現(xiàn)在對(duì)物理量的運(yùn)算中，合理的選用數(shù)學(xué)工具來(lái)描述規(guī)律、分析問題是一種重要的能力．北京卷的歷次考試都非常注重考查考生運(yùn)用數(shù)學(xué)工具處理物理問題的能力，本次考試也不例外．例如實(shí)驗(yàn)題21(2)的第(4)、(5)小問．

【例3】(2015年高考北京卷第21題)

圖2

(4)用多組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)做出 T2-L 圖像，也可以求出重力加速度 g，已知3位同學(xué)做出的 T2-L 圖線的示意圖如圖2中的 a，b，c 所示，其中 a 和 b 平行，b 和 c 都過原點(diǎn)，圖線 b 對(duì)應(yīng)的 g 值最接近當(dāng)?shù)刂亓铀俣鹊闹担畡t相對(duì)于圖線 b，下列分析正確的是(選填選項(xiàng)前的字母)

A．出現(xiàn)圖線 a 的原因可能是誤將懸點(diǎn)到小球下端的距離記為擺長(zhǎng) L

B．出現(xiàn)圖線 c 的原因可能是誤將 49 次全振動(dòng)記為 50 次

C．圖線 c 對(duì)應(yīng)的 g 值小于圖線 b 對(duì)應(yīng)的 g 值

圖3

(5)某同學(xué)在家里測(cè)重力加速度．他找到細(xì)線和鐵鎖，制成一個(gè)單擺，如圖3所示，由于家里只有一根量程為30cm的刻度尺，于是他在細(xì)線上的A點(diǎn)做了一個(gè)標(biāo) 記，使得懸點(diǎn)O到A點(diǎn)間的細(xì)線長(zhǎng)度小于刻度尺量程．保持該標(biāo)記以下的細(xì)線長(zhǎng)度不變，通過改變O與A間細(xì)線長(zhǎng)度以改變擺長(zhǎng)．實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)O與A間細(xì)線的長(zhǎng)度分別為l1，l2時(shí)，測(cè)得相應(yīng)單擺的周期為 T1，T2，由此可得重力加速度g=______(用 l1，l2，T1，T2表示)

在第(4)問中，圖線a與c都出現(xiàn)了明顯的錯(cuò)誤，這些錯(cuò)誤都是不規(guī)范、甚至錯(cuò)誤的操作引起的，考生需要運(yùn)用單擺周期公式，理解圖線的斜率、截距的物理意義，推理兩種錯(cuò)誤出現(xiàn)的可能原因．在第(5)問中，試題設(shè)置了一個(gè)障礙：刻度尺的量程不夠，于是維持A點(diǎn)到鐵鎖的距離不變，改變OA間的距離，逼迫考生運(yùn)用求解方程組或繪制圖線的方法解決問題．

【例4】(2015年高考北京卷第23題)由一輕質(zhì)彈簧和一物塊連接構(gòu)成一彈簧振子，在水平桌面上沿x軸運(yùn)動(dòng).(1)請(qǐng)畫出F隨x變化的示意圖；并根據(jù) F-x的圖像求物塊沿x軸從O點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到位置x的過程中彈力所做的功．

再比如計(jì)算題23題，需要求解彈簧彈力做功，由于彈簧彈力是變力，提示學(xué)生運(yùn)用F-x圖像間接求解，都需要考生靈活、合理的運(yùn)用數(shù)學(xué)工具描述規(guī)律、分析問題．

3理解物理模型領(lǐng)悟物理思想方法

物理模型是物理概念、規(guī)律、思想方法的結(jié)合體，是物理概念、規(guī)律、思想方法的具體表達(dá)．在今年試題中，對(duì)物理模型的考查非常深入．

【例5】(2015年高考北京卷第23題)(2)b.求滑動(dòng)摩擦力所做的功；并與彈力做功比較，說(shuō)明為什么不存在與摩擦力對(duì)應(yīng)的“摩擦力勢(shì)能”的概念．

例如計(jì)算題23題第(2)問的b小問，考查對(duì)“摩擦力勢(shì)能”概念的辨析．回顧高中階段，課本中出現(xiàn)的不少力都存在對(duì)應(yīng)的勢(shì)能，例如“重力”與“重力勢(shì)能”、“彈力”與“彈性勢(shì)能”、“分子力”與“分子勢(shì)能”、“電場(chǎng)力”與“電勢(shì)能”，而“摩擦力”、“安培力”、“洛倫茲力”并沒有建立對(duì)應(yīng)的“勢(shì)能”，愛思考的物理學(xué)習(xí)者必然會(huì)在平時(shí)學(xué)習(xí)中就反思這個(gè)問題，從而接觸“保守力”的概念，提升對(duì)力的性質(zhì)的認(rèn)識(shí)．

【例6】(2015年高考北京卷第24題)真空中放置的平行金屬板可以作為光電轉(zhuǎn)換裝置，如圖4所示，光照前兩板都不帶電．以光照射 A 板，則板中的電子可能吸收光的能量而逸出．假設(shè)所有逸出的電子都垂直于 A 板向 B 板運(yùn)動(dòng)，忽略電子之間的相互作用．保持光照條件不變 ，a 和 b 為接線柱． 已知單位時(shí)間內(nèi)從 A 板逸出的電子數(shù)為 N，電子逸出時(shí)的最大動(dòng)能為Ekm，元電荷為e．

(1)求 A 板和 B 板之間的最大電勢(shì)差Um，以及將 a，b 短接時(shí)回路中的電流I短.

(2)圖示裝置可看作直流電源，求其電動(dòng)勢(shì) E 和內(nèi)阻 r．

(3)在a和b之間連接一個(gè)外電阻時(shí)，該電阻兩端的電壓為U，外電阻上的消耗電功率設(shè)為P；單位時(shí)間內(nèi)到達(dá)B板的電子，在從A板運(yùn)動(dòng)到B板的過程中損失的動(dòng)能之和設(shè)為ΔEk．請(qǐng)推導(dǎo)證明: P=ΔEk．

( 注意:解題過程中需要用到、但題目沒有給出的物理量，要在解題中做必要的說(shuō)明 )

圖4

再比如計(jì)算題24題第(2)，要求分析這個(gè)光電池的電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)阻r．考生平時(shí)的訓(xùn)練都是題目給出電源的電動(dòng)勢(shì)與內(nèi)阻，然后求解電流和電壓，對(duì)于電源的電動(dòng)勢(shì)與內(nèi)阻的形成原因和決定因素并不是十分清楚，所以說(shuō)這道壓軸題雖然計(jì)算量不大，但思維難度還是很高的．其實(shí)，高中階段學(xué)生至少有兩次遇到加深對(duì)電源的電動(dòng)勢(shì)與內(nèi)阻理解的機(jī)會(huì)．第一次是實(shí)驗(yàn)“測(cè)量電源電動(dòng)勢(shì)與內(nèi)阻”，該學(xué)生實(shí)驗(yàn)一般采用“伏安法”的原理，但不管運(yùn)用“電流表內(nèi)接法”還是“電流表外接法”電路，都將存在系統(tǒng)誤差．其測(cè)量值從理論上分析而言都是“等效新電源”的電動(dòng)勢(shì)與內(nèi)阻．正是從這里開始，考生開始重新審視 “開路電壓”與“電動(dòng)勢(shì)”的關(guān)系、“去源電阻網(wǎng)”與“內(nèi)阻”的關(guān)系，這其實(shí)就是大學(xué)物理中的“戴維南定理”：

戴維南定理又稱等效電壓源定律，是由法國(guó)科學(xué)家L·C·戴維南于1883年提出的一個(gè)電學(xué)定理．其內(nèi)容是：對(duì)于含獨(dú)立源，線性電阻和線性受控源的單口網(wǎng)絡(luò)(二端網(wǎng)絡(luò))，都可以用一個(gè)電壓源與電阻相串聯(lián)的單口網(wǎng)絡(luò)(二端網(wǎng)絡(luò))來(lái)等效，這個(gè)電壓源的電壓，就是此單口網(wǎng)絡(luò)(二端網(wǎng)絡(luò))的開路電壓，這個(gè)串聯(lián)電阻就是從此單口網(wǎng)絡(luò)(二端網(wǎng)絡(luò))兩端看進(jìn)去，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部所有獨(dú)立源均置零以后的等效電阻．

第二次是學(xué)習(xí)“法拉第電磁感應(yīng)定律”的過程中，不管是理解動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)還是理解感生電動(dòng)勢(shì)，都必須深刻理解電動(dòng)勢(shì)中“非靜電力”的來(lái)源．

4教學(xué)與復(fù)習(xí)建議

通過分析2015年北京卷物理試題可以發(fā)現(xiàn)，北京卷物理試題在注重基礎(chǔ)、保持穩(wěn)定的前提下，一直在不斷發(fā)生變化，這種變化既是物理學(xué)科自身特點(diǎn)的要求，也是對(duì)物理教學(xué)要求變革的回應(yīng)和支持．

(1)物理教學(xué)內(nèi)容要全面，不論是力學(xué)、電磁學(xué)部分，還是熱學(xué)、光學(xué)、近代物理知識(shí)部分，雖然熱學(xué)、光學(xué)、近代物理知識(shí)部分不太可能以計(jì)算題的身份出現(xiàn)，但以它們?yōu)樗夭谋尘?，綜合考查力學(xué)、電磁學(xué)的知識(shí)，是“一箭雙雕”的好思路．

(2)重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)不能松懈，曾幾何時(shí)，北京卷物理實(shí)驗(yàn)試題出現(xiàn)了連初三學(xué)生都能完成的容易題，給實(shí)驗(yàn)教學(xué)造成了一定干擾．今年的實(shí)驗(yàn)試題明顯增加了難度，特別是數(shù)據(jù)處理、誤差分析、實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新方面提出了很高的要求．

(3)不可忽視運(yùn)用“類比思想”來(lái)對(duì)變化量累積求和的分析．課本雖然囊括的內(nèi)容是有限的，但其中蘊(yùn)含的思想方法卻能通過遷移解決眾多問題．例如利用“面積法”求解“變量累積求和”問題，多年都是考查的重點(diǎn)．統(tǒng)計(jì)如下.

表3　近幾年考查“變量累積求和”的統(tǒng)計(jì)

(4)對(duì)待物理重要概念、規(guī)律，要深刻理解其內(nèi)涵，不能停留在“是什么”的水平，而應(yīng)該適當(dāng)提升到“為什么”的階段，特別是近幾年出現(xiàn)的對(duì)“微觀量與宏觀量”關(guān)系的考查，統(tǒng)計(jì)如下.

表4　近幾年考查“微觀量與宏觀量”關(guān)系的統(tǒng)計(jì)

總之，研究高考試題的目的并不是為了提高應(yīng)試的效果，而是通過分析試題實(shí)現(xiàn)與命題人的對(duì)話交流，不斷完善物理教學(xué)．

收稿日期：(2015-06-16)