陶漢斌

[摘 要]文章對2021年浙江省1月與6月兩次選考物理試題做簡要評析。這兩次考試試題充分體現(xiàn)了中國科技發(fā)展成果和傳統(tǒng)文化。試題突出對物理基本概念與基本規(guī)律的考查，解題的關(guān)鍵是能夠在具體的情景中構(gòu)建出正確的物理模型。這兩份試卷科技情景與物理知識的銜接非常自然，回歸了物理知識的本真，體現(xiàn)了物理規(guī)律的簡潔之美。任何一個題目都有相關(guān)的素材，每一個題目都有特定的背景，并且與學(xué)生物理核心素養(yǎng)的考查一一對接，一個題目鏈接幾個核心素養(yǎng)，集中考查了學(xué)生的四大物理核心素養(yǎng)。

[關(guān)鍵詞]中國科技;模型建構(gòu);素材背景;核心素養(yǎng)

[中圖分類號]? ? G633.7? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識碼]? ? A? ? ? ? [文章編號]? ? 1674-6058（2021）26-0039-04

2021年浙江省1月與6月的兩次選考物理試題亮點(diǎn)很多，特別是中國科技和傳統(tǒng)文化。比如1月選考物理試題集中展示了我國取得的科技成就（九章、奮斗者、嫦娥五號、托卡馬克核聚變），也及時回應(yīng)了社會關(guān)注的熱點(diǎn)（芯片問題），體現(xiàn)了物理源自生產(chǎn)生活的理念（滑雪2題，汽車2題，摘松果1題）。6月選考物理試題的第1題的背景是5月17日《自然》報道中國科學(xué)家探測到迄今為止最高能量的[γ]射線，第4題是5月15日“天問一號”著陸器成功著陸火星表面的場景，第8題是大功率微波在軍事上的應(yīng)用，第14題是可控核聚變，第22題是空間站的離子推進(jìn)器。又如第17（1）題“驗證機(jī)械能守恒定律”，不同于常規(guī)設(shè)問，而是基于學(xué)生易錯的操作來設(shè)置問題;第18（2）題在伏安法測電阻的基礎(chǔ)上，設(shè)置了一種比較新穎的測電阻方法，間接考查了儀器最小分度對測量誤差的影響。這些試題有利于學(xué)生關(guān)注科學(xué)前沿、重視探究和增強(qiáng)創(chuàng)新意識，考查了學(xué)生的物理核心素養(yǎng)。學(xué)生解題的關(guān)鍵是在物理背景比較復(fù)雜的情境中，建立正確的物理模型，而一旦模型建好之后，物理模型是簡潔的，其中運(yùn)用到的數(shù)學(xué)知識也是簡單的。

一、重視基礎(chǔ)，考查物理觀念

選考物理試題必須突出對物理基本概念與基本規(guī)律的考查，這才是物理的本真。抓基礎(chǔ)就抓住了高考，因為越基礎(chǔ)的知識對新問題的適應(yīng)性就越廣，遷移能力就越強(qiáng)。你成績好，說明你的基礎(chǔ)知識比較扎實(shí)。越難的題目分?jǐn)?shù)越少，這是歷年出題的原則，每年都這樣。這些以雙基知識為背景的試題，突出考查了物理核心素養(yǎng)中的四大物理觀念——物質(zhì)觀、相互作用觀、運(yùn)動觀和能量觀，物理觀念是物理概念和規(guī)律等在頭腦中的提煉和升華。

[例1]（2021年1月選考第2題）如圖1所示，2020年12月我國科學(xué)家在量子計算領(lǐng)域取得了重大成果，構(gòu)建了一臺76個光子100個模式的量子計算機(jī)“九章”，它處理“高斯玻色取樣”的速度比目前最快的超級計算機(jī)“富岳”快一百萬億倍。關(guān)于量子，下列說法正確的是（ ）。

A.是計算機(jī)運(yùn)算的一種程序

B.表示運(yùn)算速度的一個單位

C.表示微觀世界的不連續(xù)性觀念

D.類似于質(zhì)子、中子的微觀粒子

解析：量子的觀念是普郞克為解釋黑體輻射提出的表示微觀世界的不連續(xù)性的觀念，是一種觀念。量子不是表示類似于質(zhì)子、中子的微觀粒子，不是計算機(jī)運(yùn)算的一種程序，也不是表示運(yùn)算速度的一個單位。本題正確選項是C。

點(diǎn)評：量子的觀念表達(dá)的是微觀世界的不連續(xù)性，比如電荷電量的量子化，又如光子說中能量量子化理論，玻爾原子模型中軌道量子化理論。

[例2]（2021年6月選考第6題）某書中有如圖2所示的圖，用來表示橫截面是“<”形導(dǎo)體右側(cè)的電場線和等勢面，其中a、b是同一條實(shí)線上的兩點(diǎn)，c是另一條實(shí)線上的一點(diǎn)，d是導(dǎo)體尖角右側(cè)表面附近的一點(diǎn)。下列說法正確的是（ ）。

A.實(shí)線表示電場線

B.離d點(diǎn)最近的導(dǎo)體表面電荷密度最大

C.“<”形導(dǎo)體右側(cè)表面附近電場強(qiáng)度方向均相同

D.電荷從a點(diǎn)到c點(diǎn)再到b點(diǎn)電場力做功一定為零

解析：處于靜電平衡的導(dǎo)體，是個等勢體，則整個導(dǎo)體為等勢體。由于電場線方向總是與等勢面垂直，所以實(shí)線不是電場線，是等勢面，故A錯誤;根據(jù)等勢面的疏密表示場強(qiáng)的強(qiáng)弱，則d點(diǎn)的場強(qiáng)較弱，并且電場強(qiáng)度越大的地方電荷密度越大，所以B錯誤;在“<”形導(dǎo)體右側(cè)表面上下部分附近電場強(qiáng)度方向不相同，所以C錯誤;由于a、b在同一等勢面上，則電荷從a點(diǎn)到c點(diǎn)再到b點(diǎn)電場力做功一定為零，所以D正確。本題正確選項為D。

點(diǎn)評：本題以靜電場為背景，考查了電場也是客觀存在的物質(zhì)，可分別從力與能量的角度描述電場?？疾榱藢W(xué)生對電場物質(zhì)觀和能量觀的理解。

二、重視深度學(xué)習(xí)，考查科學(xué)思維

物理深度學(xué)習(xí)主旨就是讓學(xué)生感受深度學(xué)習(xí)的過程，以真正引領(lǐng)學(xué)生的科學(xué)思維。走向核心素養(yǎng)的深度學(xué)習(xí)，是指在教師引領(lǐng)下，學(xué)生圍繞具有挑戰(zhàn)性的學(xué)習(xí)主題，積極參與、主動體驗成功、獲得發(fā)展的有意義的學(xué)習(xí)過程?，F(xiàn)在有相當(dāng)一部分選考物理的考生，通過大量刷題尋找解題的機(jī)械套路，他們學(xué)到了一些好用的“定理”“推論”，但這些只是淺層學(xué)習(xí)，結(jié)果在物理選考中結(jié)論套用發(fā)揮失常，導(dǎo)致考試成績不理想。我們應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生回歸基礎(chǔ)，回歸物理的本源去認(rèn)知物理概念與物理規(guī)律。

“科學(xué)思維”主要包括模型建構(gòu)、科學(xué)推理、科學(xué)論證、質(zhì)疑創(chuàng)新等要素。選考物理試題大多以實(shí)際問題為背景，每個題目都戴了一個“帽子”，要求學(xué)生用清晰的物理觀念，分析物理對象和過程中的關(guān)鍵特征和主要因素，建立合適的物理模型，在此基礎(chǔ)上通過科學(xué)推理、科學(xué)論證、質(zhì)疑創(chuàng)新等多種思維方式解決問題，突出了對核心素養(yǎng)的考查。

[例3]（2021年1月選考第16題）發(fā)電機(jī)的示意圖如圖3甲所示，邊長為L的正方形金屬框，在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中以恒定角速度繞OO'軸轉(zhuǎn)動，阻值為R的電阻兩端的電壓如圖3乙所示。其他電阻不計，圖3乙中的Um為已知量。則金屬框轉(zhuǎn)動一周（ ）。

A.框內(nèi)電流方向不變

B.電動勢的最大值為[Um]

C.流過電阻的電荷量[q=2BL2/R]

D.電阻產(chǎn)生的焦耳熱[Q=π UmBL2/R]

解析：此圖來自課本中的交流電模型，當(dāng)線框轉(zhuǎn)動時，框內(nèi)電流方向每經(jīng)過中性面一次都要變化一次，則選項A錯誤;由圖3乙可知，電動勢的最大值為[Um] ，選項B正確;線圈轉(zhuǎn)過半周，則流過電阻的電荷量為[q=IΔt=ERΔt=ΔφR=2BL2R]，則金屬框轉(zhuǎn)過一周流過電阻的電荷量為[q=2q=4BL2R]，因此C選項是錯誤的;因為[Um=BωL2]，則[ω=UmBL2]，金屬框轉(zhuǎn)過一周電阻產(chǎn)生的焦耳熱[Q=U2RT=Um22R·2πω=πUmBL2R]，選項D正確。本題正確選項是B、D。

點(diǎn)評：這其實(shí)是一個直流發(fā)電機(jī)的模型，線圈內(nèi)部產(chǎn)生的是正弦交流電，而輸出的是直流電。考查了學(xué)生的遷移能力、建模能力和分析推理能力。

[例4]（2021年6月選考第6題）大功率微波對人和其他生物有一定的殺傷作用。實(shí)驗表明，當(dāng)人體單位面積接收的微波功率達(dá)到250 W/m2時會引起神經(jīng)混亂，達(dá)到1000 W/m2時會引起心肺功能衰竭?，F(xiàn)有一微波武器，其發(fā)射功率[P=3×107W]。若發(fā)射的微波可視為球面波，則引起神經(jīng)混亂和心肺功能衰竭的有效攻擊的最遠(yuǎn)距離約為（ ）。

A. [100 m]? [25 m] ? B. [100 m]? [50 m]

C. [200 m]? [100 m] D. [200 m]? [50 m]

解析：設(shè)微波有效攻擊范圍為r時，單位面積接收微波功率為：[P=PS=P4πr2]

解得：[r=P4πP]

則引起神經(jīng)混亂時有：

[r1=P4πP1′=3×1074×3.14×250≈100 m]

引起心肺功能衰竭時有：

[r2=P4πP2′=3×1074×3.14×1000≈50 m]

所以本題正確選項為B。

點(diǎn)評：本題以大功率微波的應(yīng)用為背景，構(gòu)建球狀的輻射模型，考查了模型建構(gòu)和科學(xué)推理能力。

三、注重拓展創(chuàng)新，考查科學(xué)探究

浙江省以往的實(shí)驗題總是從認(rèn)識器材、選擇器材、實(shí)驗操作、數(shù)據(jù)處理、誤差分析五個方面來出題的?，F(xiàn)在就是想進(jìn)行實(shí)驗拓展與創(chuàng)新，有拓展的小設(shè)計，目的就是想改變一下浙江省物理實(shí)驗考查風(fēng)格，即考查實(shí)驗素養(yǎng)，引導(dǎo)科學(xué)探究。“科學(xué)探究”主要包括問題、證據(jù)、解釋、合作與交流等要素。

實(shí)驗題要有靈活性，就需要在課本實(shí)驗的基礎(chǔ)上稍微變一下，并不完全依照課本上的實(shí)驗。2021年1月選考的光學(xué)實(shí)驗題從4根大頭針到3根大頭針的拓展，第18題電學(xué)實(shí)驗讓學(xué)生畫出測電動勢與內(nèi)阻的原理電路圖。閱卷時發(fā)現(xiàn)，此題得分是相當(dāng)?shù)偷模@是書本實(shí)驗的拓展，其實(shí)，實(shí)驗中的一個電路圖書上是有的，又沒叫你算量程，也沒叫你電路連線，就僅僅畫原理圖而已。有電流表、有電阻箱，可學(xué)生就是沒有意識到電表的改裝。2021年6月選考實(shí)驗題中“驗證機(jī)械能守恒定律”，不同于常規(guī)設(shè)問，而是基于學(xué)生易錯的操作設(shè)置問題。電學(xué)實(shí)驗題是在伏安法測電阻的基礎(chǔ)上，設(shè)置了一種比較新穎的測電阻方法，間接考查了儀器最小分度對測量誤差的影響。

[例5]（2021年1月選考第18題）在“測定電池的電動勢和內(nèi)阻”實(shí)驗中，

①用如圖4所示的電路圖測量，得到的一條實(shí)驗數(shù)據(jù)擬合線如圖5所示，則該電池的電動勢[E=]? ? ? ? V（保留3位有效數(shù)）;內(nèi)阻[r=]? ? ? ? ? （保留2位有效數(shù)字）。

②現(xiàn)有如圖6所示的實(shí)驗器材，照片中電阻箱阻值可調(diào)范圍為0～9999 Ω，滑動變阻器阻值變化范圍為0～10 Ω，電流表G的量程為0～3 mA、內(nèi)阻為200? Ω，電壓表的量程有0～3 V和0～15 V。請在圖6中選擇合適的器材，在答題紙相應(yīng)方框中畫出兩種測定一節(jié)干電池的電動勢和內(nèi)阻的電路圖。

解析：①根據(jù)閉合電路歐姆定律有： [U=E-Ir]

將題干中的圖線延長與橫縱軸分別相交，如圖7所示。

圖像與縱軸交點(diǎn)即為電動勢，即[E=1.46 V]。

圖像斜率的絕對值為電源內(nèi)阻，即[r=1.46-1.100.56Ω≈0.64 Ω]。

②電流表量程太小，使用電阻箱和電壓表代替電流表進(jìn)行測量，電路圖如圖8所示。

根據(jù)閉合電路歐姆定律[E=U+Ir=U+UR′r]? 變形得：[1U=rE?1R′+1E]

繪制[1U-1R′]圖像，可知圖像斜率為[rE]，與縱軸截距為[1E]，從而求解電動勢和內(nèi)阻。

也可以通過電阻箱改裝電流表，擴(kuò)大電流表的量程，測量電流，電路圖如圖9所示。

I為改變量程之后的電流表示數(shù)，根據(jù)閉合電路歐姆定律[E=U+Ir]，可以繪制[U-I]圖像求解電動勢和內(nèi)阻。

點(diǎn)評：實(shí)驗題就是要在課本實(shí)驗的基礎(chǔ)上進(jìn)行拓展與創(chuàng)新。有電流表、有電阻箱，可是學(xué)生就是沒有意識到先進(jìn)行電表改裝。這些試題有利于學(xué)生關(guān)注科學(xué)前沿、重視探究和增強(qiáng)創(chuàng)新意識。

[例6]（2021年6月選考第17題）在“驗證機(jī)械能守恒定律”實(shí)驗中，小王用如圖10所示的裝置，讓重物從靜止開始下落，打出一條清晰的紙帶，其中的一部分如圖11所示。O點(diǎn)是打下的第一個點(diǎn)，A、B、C和D為另外4個連續(xù)打下的點(diǎn)。

①為了減小實(shí)驗誤差，對體積和形狀相同的重物，實(shí)驗時選擇密度大的理由是 。

②已知交流電頻率為[50 Hz]，重物質(zhì)量為[200 g]，當(dāng)?shù)刂亓铀俣萚g=9.80 m/s2]，則從O點(diǎn)到C點(diǎn)，重物的重力勢能變化量的絕對值[ΔEp=] J，C點(diǎn)的動能[EkC=] J（計算結(jié)果均保留3位有效數(shù)字）。比較[EkC]與[ΔEp]的大小，出現(xiàn)這一結(jié)果的原因可能是 。

A.工作電壓偏高

B.存在空氣阻力和摩擦力

C.接通電源前釋放了紙帶

解析：①在驗證機(jī)械能守恒實(shí)驗時阻力越小越好，因此密度大的阻力與重力之比更小。

②由圖中可知OC之間的距離為[xOC=27.90 cm]，因此機(jī)械能的減少量為：

[ΔEp=mgxOC=0.2×9.8×0.2790 J=0.547 J]

勻變速運(yùn)動時間中點(diǎn)的速度等于這段時間的平均速度，因此有：

[vC=xBD2T=0.330-0.2332×0.02m/s=2.425 m/s]

所以動能的增加量為：

[EkC=12mv2c=12×0.2×2.425×2.425 J=0.588 J]

工作電壓偏高不會影響實(shí)驗的誤差，存在摩擦力會使重力勢能的減少量大于動能的增加量，只有提前釋放了紙帶，紙帶的初速度不為零，下落到同一位置的速度偏大才會導(dǎo)致動能的增加量大于重力勢能的減少量。

點(diǎn)評：在這個實(shí)驗中由于存在阻力，在常規(guī)的設(shè)問中都是重力勢能的減小量大于動能的增加量。本題不同于常規(guī)設(shè)問，而是基于學(xué)生易錯的操作設(shè)置問題，讓學(xué)生尊重實(shí)驗事實(shí)，用物理原理進(jìn)行科學(xué)分析，充分考查了科學(xué)探究中的問題、證據(jù)、解釋、合作與交流等物理素養(yǎng)。

四、關(guān)注立德樹人，重視科學(xué)精神培養(yǎng)

選考物理試題以我國近年來重大工程和科技成就為背景，充分展示中國元素。如6月選考第1題展示了中國科學(xué)家首次探測到最高能量的[γ]射線，第11題以泵車為例展示中國制造成就，第19題以機(jī)動車禮讓行人為背景展示中國公民素養(yǎng)，第3題的火箭發(fā)射場景、第4題的“天問一號”著陸火星和第22題的空間站離子推進(jìn)器都展示了中國航天事業(yè)所取得的成就。這些試題有利于激發(fā)學(xué)生的愛國情懷，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神。

在科學(xué)發(fā)展的過程中，蘊(yùn)含著科學(xué)家充滿人文主義的科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神。中國人正是發(fā)揚(yáng)了“兩彈一星”精神和航天精神，從第一顆原子彈、第一枚導(dǎo)彈、第一顆人造地球衛(wèi)星到第一艘“神舟”飛船，從神五、神六號載人飛船的成功發(fā)射到嫦娥一號探月行動的成功，天問一號火星探測器，神舟十二號3名航天員進(jìn)駐天和核心艙，中國航天總是以勇于攀登、不斷進(jìn)取的精神，一步步地邁向航天科學(xué)技術(shù)的高峰。

[例7]（2021年1月選考第14題）如圖12所示是我國全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實(shí)驗裝置。2018年11月，該裝置實(shí)現(xiàn)了1×108? ℃等離子體運(yùn)行等多項重大突破，為未來和平利用聚變能量邁出了重要一步。關(guān)于核聚變，下列說法正確的是（ ）。

A.聚變又叫熱核反應(yīng)

B.太陽就是一個巨大的熱核反應(yīng)堆

C.高溫能使原子核克服核力而聚變

D.對相同質(zhì)量的核燃料，輕核聚變比重核裂變產(chǎn)能多

解析：聚變又叫熱核反應(yīng)，選項A正確;太陽就是一個巨大的熱核反應(yīng)堆，選項B正確;? 要使輕核發(fā)生聚變，必須使它們的距離達(dá)到10-15? m以內(nèi)，核力才能起作用，那么熱核反應(yīng)時要將輕核加熱到很高的溫度，使它們具有足夠的動能來克服核力而聚變在一起形成新的原子核，即高溫能使輕核克服核力而聚變，但不是能使所有的原子核克服核力而聚變，選項C錯誤;對相同質(zhì)量的核燃料，輕核聚變比重核裂變產(chǎn)能多，選項D正確。故本題正確選項為A、B、D。

點(diǎn)評：實(shí)現(xiàn)可控核聚變是我們的中國夢，在不久的將來即將實(shí)現(xiàn)，到那時也就沒有能源危機(jī)了。這樣的情境大大激發(fā)了學(xué)生的愛國情懷，充分展示了中國科技成就，增強(qiáng)了學(xué)生的愛國主義精神。

[例8]（2021年1月選考第20題）機(jī)動車禮讓行人是一種文明行為。如圖13所示，質(zhì)量[m=1.0×103 kg]的汽車以[v1=36 km/h]的速度在水平路面上勻速行駛，在距離斑馬線[s=20 m]處，駕駛員發(fā)現(xiàn)小朋友排著長[l=6 m]的隊伍從斑馬線一端開始通過，立即剎車，最終恰好停在斑馬線前。假設(shè)汽車在剎車過程中所受阻力不變，且忽略駕駛員反應(yīng)時間。

（1）求開始剎車到汽車停止所用的時間和所受阻力的大小;

（2）若路面寬[L=6 m]，小朋友行走的速度[v0=0.5 m/s]，求汽車在斑馬線前等待小朋友全部通過所需的時間;

（3）假設(shè)駕駛員以[v2=54 m/h]超速行駛，在距離斑馬線[s=20 m]處立即剎車，求汽車到斑馬線時的速度。

解析：（1）根據(jù)平均速度有：[t1=sv]

解得剎車時間[t1=4 s]，剎車加速度為：[a=v1t1]

根據(jù)牛頓第二定律有：[Ff=ma]

解得：[Ff=2.5×103 N]

（2）小朋友過斑馬線的時間為[t2=l+Lv0]，等待的時間為[t=t2-t1=20 s]。

（3）根據(jù)[v22-v2=2as]? 解得[v=55m/s]。

點(diǎn)評：走進(jìn)社會，走進(jìn)生活，是學(xué)習(xí)物理的根本。本題以機(jī)動車禮讓行人為背景展示中國公民的基本素養(yǎng)。立德樹人，增強(qiáng)民族自信心，是培養(yǎng)人的基本準(zhǔn)則和目標(biāo)。

（責(zé)任編輯 易志毅）