周分工

(安徽省碭山中學(xué)，安徽 碭山 235300)

2018年浙江高考卷作為新高考推行后的第一份試卷,一經(jīng)面世,便成為關(guān)注的焦點(diǎn)．其中物理卷第13題,因情景新穎,凸顯“學(xué)科核心素養(yǎng)”,在師生間引起廣泛討論．本文擬從物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)責(zé)任等4個(gè)維度對(duì)這一試題進(jìn)行探討．

1 原題及答案

圖1

如圖1所示,一根繩的兩端分別固定在兩座猴山的A、B處,A、B兩點(diǎn)水平距離為16m,豎直距離為2 m,A、B間繩長為20m．質(zhì)量為10kg的猴子抓住套在繩上的滑環(huán)從A處滑到B處．以A點(diǎn)所在的水平面為參考平面,猴子在滑行過程中重力勢(shì)能最小值約為 (繩處于拉直狀態(tài))

(A) -1.2×102J. (B) -7.5×102J.

(C) -6.0×102J. (D) -2.0×102J.

參考答案為(B)．

2 物理觀念:物理方法直觀尋找

物理學(xué)的學(xué)習(xí)和日常生活告訴我們,處在光滑弧形面上的物體,沒有速度時(shí),就靜止在重力勢(shì)能最小(高度最低)的位置．因此,圖2中猴子無速度時(shí),靜止的平衡點(diǎn)C,為重力勢(shì)能的最小點(diǎn)．由同一股輕繩上張力T相等及滑環(huán)水平方向合力為0,可得θ1=θ2．設(shè)A點(diǎn)與最低點(diǎn)C間的高度差為h,由圖3的幾何關(guān)系知，162+(2h-2)2=202,得h=7m,求得最小重力勢(shì)能為Ep=-mgh=-7.0×102J,但答案中最小重力勢(shì)能為什么為-7.5×102J呢?

筆者認(rèn)為:從題目來看，-7.5×102J最接近-7×102J;另一方面命題者考慮到猴子的身高相比于7m的距離,還不能完全忽略,并以猴子的重心在環(huán)下方0.5m處進(jìn)行估算,突出對(duì)“機(jī)械運(yùn)動(dòng)與物理模型”這一核心觀念的考查，打破只用“確定數(shù)值”解答，不會(huì)從實(shí)際出發(fā)做數(shù)值估算的固定思維模式.

圖2

3 科學(xué)思維:數(shù)學(xué)方法嚴(yán)密尋找

圖4

筆者從另一角度對(duì)這一問題進(jìn)行分析.根據(jù)橢圓定義：到兩定點(diǎn)距離之和為定長,因此猴子的軌跡是以A、B為焦點(diǎn)的傾斜橢圓,在軌跡最低點(diǎn),切線水平,斜率為0．如圖4,以A為坐標(biāo)原點(diǎn),建立坐標(biāo)系,B點(diǎn)位置坐標(biāo)為(-16,-2)．設(shè)猴子的位置坐標(biāo)為(x,y),由題給條件可得

(1)

其中x<0,y<0.

整理得

36x2+99y2-16xy+560x+70y-1225=0.

(2)

對(duì)該式求導(dǎo)得

9x-2y+70=0，

(3)

(2)、(3)式聯(lián)立,解得y=-7.

4 科學(xué)探究:實(shí)驗(yàn)方法簡單尋找

圖5

筆者帶領(lǐng)的“學(xué)生自助實(shí)驗(yàn)小組”,設(shè)計(jì)簡單的小實(shí)驗(yàn)尋找最低點(diǎn):如圖5,在豎直白紙板上,過A點(diǎn)豎直固定一刻度尺,讓零刻度對(duì)準(zhǔn)A點(diǎn),利用直角三角板在A下方2個(gè)單位、左方16單位處作出B點(diǎn),取一長度20單位的細(xì)線,并用膠帶把其兩端分別固定于A、B兩點(diǎn)．讓圓珠筆尖在線上滑動(dòng),并豎直上推三角板,可讀出最低點(diǎn)距A點(diǎn)的高度為7個(gè)單位．筆者認(rèn)為這一方法雖不能用于考場(chǎng)答題,但仍是一種重要的物理學(xué)研究方法．

5 科學(xué)責(zé)任:保護(hù)猴子

圖6

筆者的學(xué)生從物理學(xué)的角度提出了多種方案保護(hù)猴子．例如,方案1中，減小A、B間的繩長,盡量成為直斜面,適當(dāng)增加繩上的阻力,并在B處裝過渡圓?。桨?中，在D處安裝彈性緩沖裝置．方案3中，在最低點(diǎn)附近安裝緩沖平臺(tái)……

結(jié)語:新一輪課程改革 “立足學(xué)科核心素養(yǎng),實(shí)現(xiàn)立德樹人之根本任務(wù)”,所以我們要從物理學(xué)科核心素養(yǎng)的4個(gè)維度“物理觀念”、“科學(xué)思維”、“科學(xué)探究”、“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”，研究新高考、適應(yīng)新高考．