李俊永 王長江

(1. 貴州省仁懷市周林高中,貴州 仁懷 5645002;2. 安徽師范大學(xué)物電學(xué)院,安徽 蕪湖 241000)

1 引言

深入挖掘高考試題所隱藏的信息,對于教學(xué)具有重大指導(dǎo)意義,作為物理教師應(yīng)當(dāng)對此予以足夠重視,本文對2020年高考理綜新課標(biāo)卷Ⅲ第24題進(jìn)行評析。

2 試題與解析

圖1

解析：這是一個導(dǎo)體棒在線框上切割磁感線的常見問題,屬于單桿切割類型。導(dǎo)體棒做勻速直線運(yùn)動,根據(jù)有效切割長度的變化，它的運(yùn)動過程可以分為兩個階段進(jìn)行分析。

3 試題評析與變式研究

3.1 試題分析

本題以勻強(qiáng)磁場為背景,所考查的知識點(diǎn)如表1所示。

本題共涉及3個Ⅱ級要求的考點(diǎn),3個Ⅰ級要求的考點(diǎn)。在勻強(qiáng)磁場的背景下通過單桿模型將法拉第電磁感應(yīng)定律、歐姆定律、電路的串并聯(lián)和安培力大小計算融合在一起,它并未涉及磁場中力和運(yùn)動的關(guān)系、能量分析和電場的相關(guān)知識。導(dǎo)體棒在磁場中做勻速直線運(yùn)動并切割磁感線,考查學(xué)生對法拉第電磁感應(yīng)定律、動生電動勢、安培力和等效方法的掌握情況,設(shè)置導(dǎo)線框與導(dǎo)體棒構(gòu)成閉合回路,考查學(xué)生對電路串并聯(lián)、閉合電路歐姆定律的認(rèn)識?？傮w來講,本題題干簡明扼要,對物理情境與過程的描述簡潔、科學(xué)準(zhǔn)確,沒有歧義,各個知識點(diǎn)在試題的融合過程中借助勻速直線運(yùn)動這一過程模型,不僅突出對高中物理電磁部分主干知識的考查,體現(xiàn)出了基礎(chǔ)性和綜合性,有利于學(xué)生形成正確的物理觀念。

表1

3.2 縱向比較

同樣作為新課標(biāo)卷Ⅲ的24題,2019年的試題以學(xué)生熟悉的平拋和類平拋模型為背景,靈活運(yùn)用牛頓力學(xué)、能量觀點(diǎn)、動量觀點(diǎn)和矢量運(yùn)算法則求解,有效考查了平行四邊形法則、運(yùn)動學(xué)規(guī)律、牛頓第二定律、動能定理、功能關(guān)系、能量守恒定律、動量定理等主干知識。但是2020年試題考查的知識點(diǎn)與往年截然不同,該題的核心知識集中于對磁與電路的分析,所用到的物理規(guī)律雖為主干知識,但是都較為簡單,考查的物理能力為理解能力、分析綜合能力和應(yīng)用數(shù)學(xué)知識解決物理問題的能力,屬于基礎(chǔ)題目,這種變化有利于糾正教學(xué)中的“為‘難’不快”的現(xiàn)象。

3.3 試題溯源

(1) 單桿切割模型在高中物理教材和相關(guān)練習(xí)題中很常見，仔細(xì)閱讀人教版高中物理選修3-2第13頁的“問題與練習(xí)”就會發(fā)現(xiàn)本題在教材中的“影子”(圖2)。

圖2

教材的原題為：圖2中CDEF是金屬框，當(dāng)導(dǎo)體AB向右移動時，請用楞次定律判斷ABCD和ABFE兩個電路中感應(yīng)電流方向。我們能不能用這兩個電路中的任一個來判定導(dǎo)體AB中感應(yīng)電流的方向？

教材中的金屬框?yàn)榫匦?需要判斷感應(yīng)電流方向,導(dǎo)體棒的有效切割長度并未改變,而2020年試題中金屬框?yàn)檎叫?需要計算安培力的大小,導(dǎo)體棒的有效切割長度發(fā)生了變化。由此處就可以看出：高考試題源于教材，但不拘泥于教材。

(2) 除了能在教材中找到本題的“影子”,同樣在其他高考試題中也能找到部分“影子”。翻閱近五年各地高考試卷,就會發(fā)現(xiàn)2015年廣東卷第35題與2020年試題相像，只不過廣東卷的試題中磁場的變化是先均勻增加,再保持不變。

3.4 試題拓展

變式1:假設(shè)金屬框上每個邊上的電阻大小為R0,導(dǎo)體棒以恒定速率v在金屬框上運(yùn)動,將導(dǎo)體棒與a點(diǎn)的距離記為x。求:(1) 導(dǎo)體棒通過bd兩點(diǎn)時,導(dǎo)體棒的兩端的電勢差是多少?此時安培力的功率是多少?(2) 當(dāng)導(dǎo)體棒對外輸出的功率最大時,R0和r滿足怎樣的關(guān)系?此時導(dǎo)體棒距離a點(diǎn)的距離有多遠(yuǎn)?

變式2:如果導(dǎo)體棒在金屬框上向右做加速度大小為a0的勻加速直線運(yùn)動,在導(dǎo)體棒滑過金屬框的過程中,以a為計時起點(diǎn),求:(1) 當(dāng)導(dǎo)體棒通過bd兩點(diǎn)時,通過導(dǎo)體棒的感應(yīng)電流大小為多少?(2) 導(dǎo)體棒所受的安培力的大小隨時間t變化的關(guān)系。

變式3:若平行四邊形abcd在a處的角度為60°,導(dǎo)體棒以恒定速率v在金屬框上運(yùn)動,將導(dǎo)體棒與a點(diǎn)的距離記為x,導(dǎo)體棒通過金屬框的整個過程中,求導(dǎo)體棒所受的安培力的大小隨x變化的關(guān)系。

變式4:將矩形金屬線框改為半徑為l0的圓金屬線框,其總電阻為2R0,導(dǎo)體棒以恒定速率v在金屬框上運(yùn)動,其內(nèi)阻為r(r>R0),(1) 畫出等效電路圖；(2) 求導(dǎo)體棒運(yùn)動到圓心時電路的總功率。

4 教學(xué)啟示

《中國高考評價體系》明確指出需要考查學(xué)生的關(guān)鍵能力與必備品格,需要體現(xiàn)學(xué)科核心素養(yǎng),需要體現(xiàn)基礎(chǔ)性、綜合性、應(yīng)用性和創(chuàng)新性。結(jié)合此評價體系,針對本題的具體情況,有以下教學(xué)啟示。

(1) 基礎(chǔ)性是復(fù)習(xí)備考研究的主要方向

在課堂教學(xué)中,注重基礎(chǔ)知識與方法、基本實(shí)驗(yàn)與能力是提升學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)的重要基石,核心素養(yǎng)的提升有賴于學(xué)科基礎(chǔ),這種基礎(chǔ)性應(yīng)當(dāng)表現(xiàn)在對物理基本概念與規(guī)律的正確理解上,表現(xiàn)在對物理學(xué)思想與方法的深度理解上,基礎(chǔ)知識依然是高考命題的重點(diǎn)。平時教學(xué)還需要注重“雙基”,力圖避免復(fù)習(xí)備考陷入無休止的題海戰(zhàn)和過度的“快餐式”教學(xué),力圖避免“以考代練”“以考代教”的備考狀態(tài)。物理教學(xué)需要面向全體學(xué)生的共同基礎(chǔ),因此注重基礎(chǔ)依然是備考的主要方向。

(2) 突出綜合性是提升學(xué)生的核心素養(yǎng)的有效路徑

教學(xué)改革已經(jīng)進(jìn)入指向核心素養(yǎng)發(fā)展的時代,復(fù)習(xí)備考除了要對學(xué)科知識進(jìn)行全方位摸排,還應(yīng)突出對知識的應(yīng)用,突顯主干知識在綜合應(yīng)用題中的價值,讓知識在應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)綜合,它不是對學(xué)科知識零敲碎打式的簡單破解。備考的綜合性要求教師認(rèn)真分析試題是以何種方式進(jìn)行知識融合,這種融合達(dá)到了什么樣的程度,考綱和試題又是如何詮釋的。在教學(xué)與備考中教師應(yīng)認(rèn)真解讀綜合性的內(nèi)涵,解決綜合性與核心素養(yǎng)相關(guān)的問題。

(3) 緊扣教材是發(fā)展學(xué)生能力的基本選項

從本題的形式上看它源于教材也高于教材,所考查的知識點(diǎn)都是教材中最基本的概念或規(guī)律,教材作為眾多專家和學(xué)者智慧的結(jié)晶,它具有一定的導(dǎo)向作用;同時教材是最重要的課程資源,它為教師教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)留了發(fā)揮空間。高考試題是以教材為依據(jù),認(rèn)真挖掘教材的育人價值,才能更好培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)。

(4) 品味真題是高考試題創(chuàng)新的重要來源

高考試題對于核心素養(yǎng)的考查具有示范作用,這種示范作用成就了高考原題的經(jīng)典性,對高考試題進(jìn)行深入研究，能夠衍生出形式各樣的模擬試題,創(chuàng)新不是“無中生有”,變式研究中的“一題多變”“變又生變”是試題創(chuàng)新的重要策略。只有品味高考經(jīng)典,才有可能實(shí)現(xiàn)能力與素養(yǎng)的沉淀。教學(xué)與備考實(shí)踐不應(yīng)總是沉迷于經(jīng)驗(yàn)主義,應(yīng)當(dāng)力圖在高考命題中尋找命題的規(guī)律,也不應(yīng)一味地“舊題重復(fù)”,因?yàn)槟菢訉魅鯇W(xué)生的創(chuàng)造力。