云南 蔣金團(tuán)

在剛剛結(jié)束的高考戰(zhàn)役中，云貴川等省份使用的是教育部考試中心統(tǒng)一命制的“甲卷”試題。從理論的角度來(lái)講，甲卷物理試題依托《中國(guó)高考評(píng)價(jià)體系》，強(qiáng)化基礎(chǔ)性考查，優(yōu)化情境設(shè)計(jì)，增強(qiáng)試題靈活性，深化關(guān)鍵能力考查，充分發(fā)揮高考命題的育人功能和積極導(dǎo)向作用；從知識(shí)體系的角度來(lái)講，甲卷物理試題仍然以“力學(xué)模塊”和“電磁學(xué)模塊”為主，“光學(xué)模塊”和“熱學(xué)模塊”為輔，雖然命題的主線沒(méi)變，但是在試題情景設(shè)計(jì)方面、核心思想和核心方法的綜合應(yīng)用方面、信息提取能力方面和學(xué)科融合方面，今年物理試題的難度都高于去年。下面，我將對(duì)本套試題進(jìn)行詳細(xì)的評(píng)析，同時(shí)對(duì)難度較大的四道試題給出自己的解題思路和解題過(guò)程，以期對(duì)以后的備考有所幫助。

1.立足基礎(chǔ)，回歸教材

物理概念和物理規(guī)律是高中物理的基礎(chǔ)性內(nèi)容，是學(xué)生形成和深化物理觀念的重要途徑。2021年甲卷物理試題非常重視基礎(chǔ)知識(shí)的考查，注重概念和規(guī)律的形成過(guò)程，引導(dǎo)學(xué)生加強(qiáng)對(duì)基礎(chǔ)內(nèi)容的融會(huì)貫通，促進(jìn)學(xué)生物理觀念的形成和深化。第16題考查磁場(chǎng)的疊加原理，通過(guò)對(duì)磁場(chǎng)方向的判斷，能讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到矢量的方向和大小同樣重要，從而對(duì)物理概念形成深刻的認(rèn)識(shí)；第17題考查原子核衰變時(shí)衰變次數(shù)的計(jì)算方法，只要根據(jù)“衰變特點(diǎn)”或“質(zhì)量數(shù)質(zhì)子數(shù)守恒”等規(guī)律便能快速得到正確答案；第19題考查靜電場(chǎng)“能的性質(zhì)”，只要掌握等勢(shì)線的特點(diǎn)、電場(chǎng)線和等勢(shì)線的關(guān)系、電場(chǎng)力做功公式等基礎(chǔ)性、細(xì)節(jié)性知識(shí)便能找到解決問(wèn)題的突破口；第22題力學(xué)實(shí)驗(yàn)考查動(dòng)摩擦因數(shù)的測(cè)量，這實(shí)質(zhì)上是教材中用“打點(diǎn)計(jì)時(shí)器裝置探究牛頓第二定律”在情景上的稍稍翻新，情景雖然微變，但處理數(shù)據(jù)的方法與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)完全相同。

2.創(chuàng)設(shè)真實(shí)問(wèn)題情境，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注生活和培養(yǎng)社會(huì)責(zé)任感

2021年甲卷物理試題加強(qiáng)理論聯(lián)系實(shí)際，設(shè)計(jì)與生產(chǎn)實(shí)踐、交通規(guī)則、科技前沿等方面緊密聯(lián)系的真實(shí)情境，考查學(xué)生靈活運(yùn)用所學(xué)物理知識(shí)分析解決問(wèn)題的能力，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注生活，培養(yǎng)社會(huì)責(zé)任感。第15題以一種傳統(tǒng)游戲“旋轉(zhuǎn)紐扣”為情境，考查學(xué)生對(duì)圓周運(yùn)動(dòng)中加速度與其他物理量之間關(guān)系的理解與運(yùn)用，該題雖然簡(jiǎn)單，計(jì)算量也很小，但美妙的情景能引起考生滿滿的回憶，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)生活的熱愛(ài)和向往。此外，第18題以執(zhí)行我國(guó)火星探測(cè)任務(wù)的“天問(wèn)一號(hào)”探測(cè)器進(jìn)入環(huán)繞火星橢圓形停泊軌道為情境，考查學(xué)生運(yùn)用開(kāi)普勒第三定律等知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。真實(shí)的數(shù)據(jù)加上真實(shí)的背景，往往能激發(fā)起學(xué)生強(qiáng)烈的文化自信和愛(ài)國(guó)情懷，考慮到該題是單選部分壓軸題，除了“計(jì)算量大、需要巧妙估算”等特點(diǎn)之外，該題的命題角度也比較新穎，現(xiàn)做詳細(xì)分析如下。

【例1】(2021·全國(guó)甲卷·18)2021年2月，執(zhí)行我國(guó)火星探測(cè)任務(wù)的“天問(wèn)一號(hào)”探測(cè)器在成功實(shí)施三次近火制動(dòng)后，進(jìn)入運(yùn)行周期約為1.8×105s的橢圓形停泊軌道，軌道與火星表面的最近距離約為2.8×105m。已知火星半徑約為3.4×106m，火星表面處自由落體的加速度大小約為3.7 m/s2，則“天問(wèn)一號(hào)”的停泊軌道與火星表面的最遠(yuǎn)距離約為

( )

A.6×105m B.6×106m

C.6×107m D.6×108m

【答案】C

在甲卷物理試題中，除了上面提到的第15題和第18題，第24題的情景性也非常強(qiáng)，第24題以汽車在減速帶中的運(yùn)動(dòng)為背景，考查學(xué)生應(yīng)用動(dòng)能定理和勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律解決實(shí)際問(wèn)題的能力，通過(guò)對(duì)真實(shí)情景的研究，培養(yǎng)學(xué)生的安全意識(shí)和社會(huì)責(zé)任感，該題的最大特點(diǎn)是已知條件背后隱藏的信息難以挖掘，需要結(jié)合邏輯推理將隱含條件顯化才能找到解決問(wèn)題的突破口。

【例2】(2021·全國(guó)甲卷·24)如圖1所示，一傾角為θ的光滑斜面上有50個(gè)減速帶(圖中未完全畫出)，相鄰減速帶間的距離均為d，減速帶的寬度遠(yuǎn)小于d；一質(zhì)量為m的無(wú)動(dòng)力小車(可視為質(zhì)點(diǎn))從距第一個(gè)減速帶L處由靜止釋放。已知小車通過(guò)減速帶損失的機(jī)械能與到達(dá)減速帶時(shí)的速度有關(guān)。觀察發(fā)現(xiàn)，小車通過(guò)第30個(gè)減速帶后，在相鄰減速帶間的平均速度均相同。小車通過(guò)第50個(gè)減速帶后立刻進(jìn)入與斜面光滑連接的水平地面，繼續(xù)滑行距離s后停下。已知小車與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ，重力加速度大小為g。

圖1

(1)求小車通過(guò)第30個(gè)減速帶后，經(jīng)過(guò)每一個(gè)減速帶時(shí)損失的機(jī)械能；

(2)求小車通過(guò)前30個(gè)減速帶的過(guò)程中，在每一個(gè)減速帶上平均損失的機(jī)械能；

(3)若小車在前30個(gè)減速帶上平均每一個(gè)損失的機(jī)械能大于之后每一個(gè)減速帶上損失的機(jī)械能，則L應(yīng)滿足什么條件？

【答案】(1)ΔE1=mgdsinθ

【解析】(1)由題給信息“小車通過(guò)第30個(gè)減速帶后，在相鄰減速帶間的平均速度均相同”可知，經(jīng)過(guò)一個(gè)減速帶損失的機(jī)械能等于上一個(gè)減速帶到當(dāng)前減速帶過(guò)程中重力所做的功，有ΔE1=mgdsinθ

聯(lián)立各式解得

3.增強(qiáng)試題的靈活性和綜合性，引導(dǎo)學(xué)生培養(yǎng)關(guān)鍵能力

甲卷物理試題通過(guò)設(shè)置新穎的問(wèn)題角度等方式，增強(qiáng)試題的靈活性，考查學(xué)生的推理能力、分析綜合能力，引導(dǎo)學(xué)生培養(yǎng)關(guān)鍵能力和學(xué)科素養(yǎng)。例如第20題以物體在粗糙斜面上的往返運(yùn)動(dòng)為情景，考查動(dòng)能定理和牛頓第二定律的綜合應(yīng)用，解答時(shí)需先對(duì)“上滑過(guò)程”和“全過(guò)程”列出動(dòng)能定理方程，接著聯(lián)立兩方程求出重力所做的功和物體克服摩擦力所做的功，然后再以功的定義式為中介求出傾斜角和動(dòng)摩擦因數(shù)，最后用牛頓第二定律便能求出加速度，整個(gè)解題流程環(huán)環(huán)相扣，培養(yǎng)了學(xué)生的能量觀和力學(xué)觀；第23題考查探究小燈泡的伏安特性，該實(shí)驗(yàn)題雖然常規(guī)，但命題者的設(shè)問(wèn)層次非常豐富，解答過(guò)程既涉及了保護(hù)電阻的選擇、滑動(dòng)變阻器分壓式接法的特點(diǎn)、電壓表改裝等知識(shí)點(diǎn)，也涉及了伏安特性曲線斜率的意義和功率等知識(shí)點(diǎn)，一個(gè)個(gè)知識(shí)點(diǎn)串聯(lián)在一起形成了一張考網(wǎng)，只有具備了較強(qiáng)的整合能力，才能在考網(wǎng)中游刃有余，找到解題的突破口；此外，第21題設(shè)計(jì)了質(zhì)量相等、橫截面積不同、匝數(shù)不同的兩線圈，考查學(xué)生綜合運(yùn)用法拉第電磁感應(yīng)定律、安培力公式、電阻率公式、密度公式等解決復(fù)雜問(wèn)題的能力。

【例3】(2021·全國(guó)甲卷·21)由相同材料的導(dǎo)線繞成邊長(zhǎng)相同的甲、乙兩個(gè)正方形閉合線圈，兩線圈的質(zhì)量相等，但所用導(dǎo)線的橫截面積不同，甲線圈的匝數(shù)是乙的 2倍?，F(xiàn)兩線圈在豎直平面內(nèi)從同一高度同時(shí)由靜止開(kāi)始下落，一段時(shí)間后進(jìn)入一方向垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域，磁場(chǎng)的上邊界水平，如圖2所示。不計(jì)空氣阻力，已知下落過(guò)程中線圈始終平行于紙面，上、下邊保持水平。在線圈下邊進(jìn)入磁場(chǎng)后且上邊進(jìn)入磁場(chǎng)前，可能出現(xiàn)的是

圖2

( )

A.甲和乙都加速運(yùn)動(dòng)

B.甲和乙都減速運(yùn)動(dòng)

C.甲加速運(yùn)動(dòng)，乙減速運(yùn)動(dòng)

D.甲減速運(yùn)動(dòng)，乙加速運(yùn)動(dòng)

【答案】AB

【思路點(diǎn)撥】在傳統(tǒng)題目中，我們通常比較的是兩個(gè)單匝線圈進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的受力情況，但本題中甲線圈的匝數(shù)是乙線圈匝數(shù)的2倍，考慮到進(jìn)入磁場(chǎng)后甲線圈的底邊導(dǎo)線同時(shí)切割磁感線，有效長(zhǎng)度是乙線圈的兩倍，因此可以采用等效法解決，將匝數(shù)為2n邊長(zhǎng)為a的甲線圈等效成匝數(shù)為n邊長(zhǎng)為2a的線圈。

【解析】采用等效法解決，將匝數(shù)為2n邊長(zhǎng)為a的甲線圈等效成匝數(shù)為n邊長(zhǎng)為2a的線圈。

4.注重學(xué)科融合，培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用數(shù)學(xué)知識(shí)解決物理問(wèn)題的能力

物理和數(shù)學(xué)在很多方面是相通的，有些物理問(wèn)題轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)模型之后，往往能更加清晰地看到問(wèn)題的難點(diǎn)所在，從而對(duì)癥下藥找到解決問(wèn)題的最佳途徑。例如第14題以物體在光滑斜面上的運(yùn)動(dòng)為情景，考查牛頓第二定律和勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律的應(yīng)用，命題者通過(guò)設(shè)定斜面水平投影不變的情況下逐漸增大傾斜角，從而尋找物體運(yùn)動(dòng)時(shí)間的極值，利用動(dòng)力學(xué)規(guī)律不難得到運(yùn)動(dòng)時(shí)間與傾斜角之間的函數(shù)關(guān)系，但是在關(guān)鍵的最后一步，我們必須利用二倍角公式將正弦函數(shù)和余弦函數(shù)整合成一個(gè)函數(shù)，才能找到極值問(wèn)題對(duì)應(yīng)的臨界條件；第25題考查帶電粒子在組合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)，該題雖然屬于經(jīng)典題型再現(xiàn)，但命題者加重了應(yīng)用數(shù)學(xué)知識(shí)解決物理問(wèn)題的力度，該題不但涉及了15°和75°的三角函數(shù)值，還涉及了兩角和的余弦值公式，這是常規(guī)習(xí)題無(wú)法比擬的。

【例4】(2021·全國(guó)甲卷·25)如圖3，長(zhǎng)度均為l的兩塊擋板豎直相對(duì)放置，間距也為l，兩擋板上邊緣P和M處于同一水平線上，在該水平線的上方區(qū)域有方向豎直向下的勻強(qiáng)電場(chǎng)，電場(chǎng)強(qiáng)度大小為E；兩擋板間有垂直紙面向外、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小可調(diào)節(jié)的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。一質(zhì)量為m，電荷量為q(q>0)的粒子自電場(chǎng)中某處以大小為v0的速度水平向右發(fā)射，恰好從P點(diǎn)處射入磁場(chǎng)，從兩擋板下邊緣Q和N之間射出磁場(chǎng)，運(yùn)動(dòng)過(guò)程中粒子未與擋板碰撞。已知粒子射入磁場(chǎng)時(shí)的速度方向與PQ的夾角為60°，不計(jì)重力。

圖3

(1)求粒子發(fā)射位置到P點(diǎn)的距離；

(2)求磁感應(yīng)強(qiáng)度大小的取值范圍；

(3)若粒子正好從QN的中點(diǎn)射出磁場(chǎng)，求粒子在磁場(chǎng)中的軌跡與擋板MN的最近距離。

【思路點(diǎn)撥】(1)帶電粒子在電場(chǎng)中做類平拋運(yùn)動(dòng)，題目已知類平拋運(yùn)動(dòng)的末速度與豎直方向成60°角，為了充分利用幾何關(guān)系，必須將末速度正交分解，從而找出兩個(gè)分運(yùn)動(dòng)的關(guān)系；(2)帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，要使粒子從兩擋板下邊緣Q和N之間射出磁場(chǎng)，可以采用放縮法尋找運(yùn)動(dòng)軌跡；(3)帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，帶電粒子的水平分速度方向先向右后向左，所以當(dāng)粒子的水平分速度為零時(shí)(即合速度方向豎直向下時(shí))，粒子在磁場(chǎng)中的軌跡與擋板MN的距離最近。

粒子的豎直分速度為vy=at

粒子的水平分位移為x=v0t

(2)帶電粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的速率為

如圖4所示，磁感應(yīng)強(qiáng)度最大時(shí)，粒子從Q點(diǎn)射出

圖4

如圖5所示，磁感應(yīng)強(qiáng)度最小時(shí)，粒子從N點(diǎn)射出

圖5

對(duì)應(yīng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為

故磁感應(yīng)強(qiáng)度大小的取值范圍為

(3)粒子正好從QN的中點(diǎn)射出磁場(chǎng)時(shí)，運(yùn)動(dòng)軌跡如圖6所示

圖6

由數(shù)學(xué)知識(shí)得

由幾何關(guān)系得

此時(shí)粒子的軌道半徑為

F點(diǎn)到擋板MN的距離為