[摘? ?要]2021年1月浙江選考物理試題充分體現(xiàn)了中國特色與愛國情懷，突出中國元素、物理應(yīng)用和物理思想。試題以重大工程和科技成就為背景，創(chuàng)設(shè)真實的物理情境，集中考查物理基本概念與規(guī)律。命題者在命題的過程中，將學(xué)過的物理知識融入真實場景，要求考生答題時，運(yùn)用物理觀念進(jìn)行科學(xué)思維，構(gòu)建物理模型;運(yùn)用物理思想設(shè)計實驗進(jìn)行科學(xué)探究。

[關(guān)鍵詞]工程科技;物理模型;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）11-0035-05

2021年1月浙江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），及時回應(yīng)了社會熱點（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）。2021年浙江高考命題堅持高考改革方向，試題以實際高科技問題為背景，要求學(xué)生分析物理現(xiàn)象中的關(guān)鍵特征和主要因素，建立合適的物理模型。高考物理試題旨在引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注我國近年來的重大工程和科技成就，充分體現(xiàn)了中國特色與愛國情懷，突出中國元素、物理應(yīng)用和物理思想。在平時的教學(xué)過程中，教師要非常重視物理基本概念和基礎(chǔ)理論的學(xué)習(xí)，提高學(xué)生運(yùn)用物理規(guī)律和物理原理分析和解決具有真實背景問題的能力，使教學(xué)逐步走出題海，回歸核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。本文從以下幾個方面對2021年1月浙江選考物理試題進(jìn)行分析探討。

一、工程科技與愛國情懷

在2021年1月這套物理試卷中，試題以我國近年來的重大工程和科技成就為背景，考查學(xué)生的基本概念和知識。如第1題以我國安裝在南極大陸昆侖站的自主研發(fā)的全自動無人值守望遠(yuǎn)鏡為背景，考查國際基本單位;第2題以我國量子計算機(jī)“九章”的重大成果為背景，考查微觀世界中量子化的概念;第3題以我國“奮斗者”號載人潛水器在馬里亞納海溝成功坐底為背景，考查了理想化物理模型質(zhì)點的概念;第7題以我國首個實施月面采樣返回的航天器“嫦娥五號”為背景，考查運(yùn)動學(xué)中力、運(yùn)動和能量的一些基本規(guī)律;第14題以我國全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實驗裝置為背景，考查原子物理中有關(guān)核聚變的相關(guān)問題。這些選考物理試題，不僅能積極引導(dǎo)學(xué)生掌握物理的基本概念和基礎(chǔ)理論，還有利于激發(fā)學(xué)生的愛國情懷，激勵學(xué)生勇攀科學(xué)高峰。挖掘中國元素，講好中國故事，整套試題處處體現(xiàn)了科學(xué)、技術(shù)和社會的緊密結(jié)合，要求學(xué)生能夠抽絲剝繭，找出相關(guān)物理概念在具體問題中的相互關(guān)系，構(gòu)建相關(guān)的物理模型并加以應(yīng)用。

二、物理應(yīng)用與生產(chǎn)生活

物理來源于生活，又服務(wù)于社會生活實踐。在物理知識的應(yīng)用考查方面，試題既注重考核學(xué)生對物理基本概念、規(guī)律和原理的理解和掌握情況，又突出能力導(dǎo)向，強(qiáng)化物理應(yīng)用，鼓勵學(xué)生將所學(xué)的知識應(yīng)用到生產(chǎn)實踐中去。如第6題為在雪道上滑雪，考查物理學(xué)的基本觀念——力、運(yùn)動和能量;第11題是汽車能量轉(zhuǎn)換問題，給出總能量在各級能量間的傳輸情況，可以有效考查考生對內(nèi)能與能量守恒定律的理解情況;第15題呈現(xiàn)松果采摘的場景，主要考查機(jī)械運(yùn)動中的受迫振動問題;第16題給出交流發(fā)電裝置，通過外接銅環(huán)的作用將交流電轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的直流電，學(xué)生要將交變電流中有效值、最大值和電量的知識進(jìn)行有效遷移;第20題利用學(xué)生熟悉的軌道游戲，考查圓周運(yùn)動和平拋運(yùn)動，并應(yīng)用動能定理和逆向思維進(jìn)行解題。所有這些試題均緊密聯(lián)系日常生活和生產(chǎn)實際，能有效考查學(xué)生的理解能力、建模能力和分析推理能力。

三、物理原理與科學(xué)探究

每年高考物理電學(xué)實驗題是學(xué)生關(guān)注的焦點，這些考題?？汲Ｐ?，精彩紛呈。實驗復(fù)習(xí)，給人的感覺就是摸不著頭腦，“一聽就懂，一做就錯”，基本上得不到什么分?jǐn)?shù)。高考實驗題，雖然面目年年新，但都是源于教材實驗，都是對相關(guān)實驗的加工和深化，注重考查物理學(xué)科核心素養(yǎng)、關(guān)注物理實驗過程，突出考查學(xué)生是否真正做過相關(guān)實驗。物理原理是我們求解實驗題的“航標(biāo)燈”，為我們指明了實驗學(xué)習(xí)、備考，甚至高考實驗答題的方向，可使我們在解答高考實驗題時少走彎路，如果沒有理論的指導(dǎo)，搞錯了解題的方向，那么，越努力，就錯得越離譜！

物理選考第17題的第（2）問測量玻璃的折射率，不同于教材中用4枚大頭針測量的方法，只有3枚大頭針的新情景下，如何解決問題，要求學(xué)生用3枚大頭針進(jìn)行測量，但實驗原理沒變，還是光的折射定律，你看到大頭針的像就是相關(guān)的折射光線進(jìn)入人的眼睛。實驗題第18題的第（1）問給出一些電學(xué)實驗器材，讓學(xué)生設(shè)計兩種測定一節(jié)干電池的電動勢和內(nèi)阻的方案，其中的一種方案必須先將電阻箱改裝成一個電流表，然后進(jìn)行實驗。第18題的第（2）問通過可拆變壓器硅鋼片的疊放位置考查學(xué)生對渦流的認(rèn)識和理解，此題能夠很好地考查學(xué)生的實驗觀察能力，并利用電磁感應(yīng)中渦流產(chǎn)生的原理進(jìn)行分析。這些實驗試題既基于教材而又高于教材，重點考查了學(xué)生利用所學(xué)基礎(chǔ)知識和基本理論分析解決實際問題的能力，有利于引導(dǎo)學(xué)生積極開展實驗探究，有利于增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新意識，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。

四、物理模型與數(shù)學(xué)模型

在讀題審題的過程中，要求考生分析物理現(xiàn)象中的關(guān)鍵特征和主要因素，建立合適的物理模型與數(shù)學(xué)模型，從而考查學(xué)生的模型建構(gòu)能力。該試卷第21題以“嫦娥五號”成功實現(xiàn)月球著陸和返回為背景，設(shè)計了一種新型著陸裝置，考查學(xué)生對電路、電磁感應(yīng)定律、電容器、安培力。物理選考第22題以芯片制造技術(shù)為背景，設(shè)計了離子注入晶圓的問題情境，考查學(xué)生對電場、磁場、平拋運(yùn)動、圓周運(yùn)動和牛頓運(yùn)動定律等基本知識和基本理論的綜合應(yīng)用能力。此題突出考查了運(yùn)動的獨立性原理，立體三維空間的想象能力，最終還是聚焦在數(shù)學(xué)中小量的近似計算方法和物理建模能力，回歸核心素養(yǎng)中的模型建構(gòu)，以實踐數(shù)學(xué)與物理的互利合作。

2.螺旋運(yùn)動過程——力與運(yùn)動的獨立作用

本題借用復(fù)合場的平臺，考查圓周運(yùn)動、類平拋運(yùn)動中的偏轉(zhuǎn)問題，平拋運(yùn)動要運(yùn)用運(yùn)動的獨立性原理，最后一小題在疊加場中也要運(yùn)用運(yùn)動的獨立性原理進(jìn)行解題。學(xué)生要有一定的空間想象能力，能將立體圖轉(zhuǎn)化為平面圖進(jìn)行思考。

3.小量近似——彰顯數(shù)學(xué)魅力

在上述運(yùn)算過程中用到小量近似計算的方法，經(jīng)過電場和磁場偏轉(zhuǎn)的角度都很小，當(dāng)α很小時，有[sinα≈tanα≈α，cosα≈1-α?/2]，這種小量近似在學(xué)習(xí)單擺模型時曾經(jīng)做過推導(dǎo)。從上面關(guān)系式的推導(dǎo)過程可以看出，由于角度很小，此時的平拋運(yùn)動與圓周運(yùn)動的偏轉(zhuǎn)量近似相同，平拋運(yùn)動速度的延長線經(jīng)過水平位移的中點，而圓周運(yùn)動速度延長線也經(jīng)過水平位移的中點，電偏轉(zhuǎn)與磁偏轉(zhuǎn)的規(guī)律是一樣的，真體現(xiàn)了小量近似的數(shù)學(xué)魅力。

五、科學(xué)思維方法——盤點獨立作用原理

本次浙江選考物理計算的第20題和第22題的最后一小題，彰顯了對力與運(yùn)動的獨立作用原理的考查。在研究復(fù)雜的物理問題時，經(jīng)常利用獨立性原理把復(fù)雜的物理問題分解成幾個簡單的物理問題，常用的獨立性原理有力的獨立作用原理和運(yùn)動的獨立性原理。獨立性原理是研究復(fù)雜物理問題的常用方法。

在高中物理知識的學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生已接觸了力與運(yùn)動的獨立作用原理。比如在講到豎直上拋運(yùn)動時，可用豎直向上的勻速直線運(yùn)動和自由落體運(yùn)動進(jìn)行合成。在學(xué)習(xí)運(yùn)動的合成與分解時，平拋運(yùn)動就是用簡單的水平方向的勻速直線運(yùn)動與豎直方向的自由落體運(yùn)動合成的，也就是說兩個方向的運(yùn)動是相互獨立、互不干擾的，而時間是相同的。

1.巧用“配速法”及運(yùn)動的獨立性原理解題

帶電粒子進(jìn)入復(fù)合場中，可能受到重力、電場力和洛倫茲力的作用，弄清這些場力的作用可以用“配速法”及運(yùn)動的獨立性“玩轉(zhuǎn)”各種復(fù)雜的運(yùn)動，我們可用最簡單的運(yùn)動形式來求解復(fù)雜的運(yùn)動問題。

[例2]在空間有相互垂直的場強(qiáng)為E的勻強(qiáng)電場和磁感應(yīng)強(qiáng)度為[B]的勻強(qiáng)磁場。如圖3所示，一電子從原點靜止釋放，求電子在[y]軸方向前進(jìn)的最大距離和此時電子的速度（電子電量為e、質(zhì)量為m）。

解析：此題可利用運(yùn)動的獨立性原理進(jìn)行分析求解。雖然電子在O點速度為零，但也可以設(shè)想為具有沿x方向的速度[+v]和[-v]，其中[v]應(yīng)滿足[Bev=eE]。照此設(shè)想，電子在其后的運(yùn)動過程中將受到三個力，一個是沿y方向的電場力，一個是由于電子沿x軸向右運(yùn)動而產(chǎn)生的沿[-y]方向的洛倫茲力，另一個是電子沿[-x]軸運(yùn)動產(chǎn)生的沿[y]方向的洛倫茲力，注意到電子沿[-y]方向所受的洛倫茲力和它所受的電場力相平衡，所以電子的運(yùn)動可視為是一個速度為v沿x軸正向的勻速直線運(yùn)動和一個速率為v的勻速圓周運(yùn)動的合成，如圖4所示。

而此時勻速圓周運(yùn)動的速度v方向與水平方向勻速直線運(yùn)動的速度v的方向相同，所以電子的合速度為[2v=2EB]

點評：此題利用“配速法”將電場力與洛倫茲力的一個分力平衡，電子的運(yùn)動可視為是一個速度為v沿x軸正向的勻速直線運(yùn)動和一個速率為v的勻速圓周運(yùn)動的合成，是勻速圓周運(yùn)動與勻速直線運(yùn)動的合成。

2.巧用動量定理及力的獨立作用原理解題

[例3]現(xiàn)代科學(xué)儀器常利用電場、磁場控制帶電粒子的運(yùn)動。真空中存在著如圖5所示的多層緊密相鄰的勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場，電場與磁場的寬度均為d。電場強(qiáng)度為E，方向水平向右;磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，方向垂直紙面向里。電場、磁場的邊界互相平行且與電場方向垂直。一個質(zhì)量為m、電荷量為q的帶正電粒子在第1層電場左側(cè)邊界某處由靜止釋放，粒子始終在電場、磁場中運(yùn)動，不計粒子重力及運(yùn)動時的電磁輻射。

（1）求粒子在第2層磁場中運(yùn)動時速度v2的大小與軌跡半徑r2;

（2）粒子從第n層磁場右側(cè)邊界穿出時，速度的方向與水平方向的夾角為[θn]，試求[sinθn];

（3）若粒子恰好不能從第n層磁場右側(cè)邊界穿出。試問在其他條件不變的情況下，也進(jìn)入第n層磁場，但比荷較該粒子大的粒子能否穿出該層磁場右側(cè)邊界，請簡要推理說明之。

解析：此題如果利用常規(guī)的方法進(jìn)行解題，那會非常煩瑣，計算量也非常大。在解第（2）小題和第（3）小題時，可用運(yùn)動的獨立性原理解題。

（1）粒子進(jìn)入第2層磁場時經(jīng)過兩次電場加速，由動能定理有：

在第2層做勻速圓周運(yùn)動，有：

點評：現(xiàn)代科學(xué)儀器常利用電場、磁場控制帶電粒子的運(yùn)動，其中最典型的是電場加速、磁場偏轉(zhuǎn)，控制帶電粒子在場中的運(yùn)動，這類題目我們也可以運(yùn)用獨立性原理解題。

[? ?參? ?考? ?文? ?獻(xiàn)? ?]

[1]? 陶漢斌. 建構(gòu)物理模型 厚植物理觀念：鑒賞2020年1月浙江選考物理壓軸題[J].物理教師，2020，41（5）：84-86+89.

[2]? 余婷婷，錢長炎，李歡歡.2019年高考全國理綜卷Ⅰ（物理）第24題解析及啟示[J].物理教師，2020，41（3）：78-81.

（責(zé)任編輯 易志毅）