陶漢斌

(浙江省金華第一中學(xué) 321015 )

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(guó)元素、中國(guó)科技和傳統(tǒng)文化.比如在1月選考物理試題集中展示了我國(guó)取得的科技成就(九章、奮斗者、嫦娥五號(hào)、托卡馬克核聚變)，也及時(shí)回應(yīng)了社會(huì)關(guān)注的熱點(diǎn)(芯片問(wèn)題)，體現(xiàn)了物理源自生產(chǎn)生活的理念(滑雪2題，汽車(chē)2題，摘松果1題).在6月選考物理試題中的第1題的背景是5月17日《自然》報(bào)道中國(guó)科學(xué)家探測(cè)到迄今為止最高能量的γ射線(xiàn)，第4題是5月15日天問(wèn)一號(hào)著陸器成功著陸火星表面的場(chǎng)景，第8題是大功率微波在軍事上應(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.再如第17(1)題“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”，不同于常規(guī)設(shè)問(wèn)，而是基于學(xué)生易錯(cuò)的操作來(lái)設(shè)置問(wèn)題；第18(2)題在伏安法測(cè)電阻的基礎(chǔ)上，設(shè)置了一種比較新穎的測(cè)電阻方法，間接考查了儀器最小分度對(duì)測(cè)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(shí)，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)雜的情境下，建立正確的物理模型，而一旦模型建好之后，物理模型是簡(jiǎn)潔，數(shù)學(xué)也是簡(jiǎn)單的.

一、重視基礎(chǔ)，考查物理觀(guān)念

選考物理試題必須突出對(duì)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?yàn)樵交A(chǔ)的知識(shí)對(duì)新問(wèn)題的適應(yīng)性就越廣，遷移能力就越強(qiáng).你成績(jī)好，說(shuō)明你基礎(chǔ)知識(shí)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(shí)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(guān)念——物質(zhì)觀(guān)、相互作用觀(guān)、運(yùn)動(dòng)觀(guān)和能量的觀(guān)念，物理觀(guān)念是物理概念和規(guī)律等在頭腦中的提煉和升華.

例1(2021．1第2題)如圖1所示，2020年12月我國(guó)科學(xué)家在量子計(jì)算領(lǐng)域取得了重大成果，構(gòu)建了一臺(tái)76個(gè)光子100個(gè)模式的量子計(jì)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(jí)計(jì)算機(jī)“富岳”快一百萬(wàn)億倍.關(guān)于量子，下列說(shuō)法正確的是( ).

圖1

A.是計(jì)算機(jī)運(yùn)算的一種程序

B.表示運(yùn)算速度的一個(gè)單位

C.表示微觀(guān)世界的不連續(xù)性觀(guān)念

D.類(lèi)似于質(zhì)子、中子的微觀(guān)粒子

解析量子的觀(guān)念是普朗克為解釋黑體輻射提出的表示微觀(guān)世界的不連續(xù)性的觀(guān)念，是一種觀(guān)念.量子不是表示類(lèi)似于質(zhì)子、中子的微觀(guān)粒子，不是計(jì)算機(jī)運(yùn)算的一種程序，也不是表示運(yùn)算速度的一個(gè)單位.本題正確選項(xiàng)是C.

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

例2 (2021．6第6題)某書(shū)中有如圖2所示的圖，用來(lái)表示橫截面是“<”形導(dǎo)體右側(cè)的電場(chǎng)線(xiàn)和等勢(shì)面，其中a、b是同一條實(shí)線(xiàn)上的兩點(diǎn)，c是另一條實(shí)線(xiàn)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(shuō)法正確的是( ).

圖2

A.實(shí)線(xiàn)表示電場(chǎng)線(xiàn)

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(chǎng)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(chǎng)力做功一定為零

解析處于靜電平衡的導(dǎo)體，是個(gè)等勢(shì)體，則整個(gè)導(dǎo)體為等勢(shì)體，由于電場(chǎng)線(xiàn)方向總是與等勢(shì)面垂直，所以實(shí)線(xiàn)不是電場(chǎng)線(xiàn)，是等勢(shì)面，則A錯(cuò)誤；根據(jù)等勢(shì)面的疏密表示場(chǎng)強(qiáng)的強(qiáng)弱，則d點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)較弱，并且電場(chǎng)強(qiáng)度越大的地方電荷密度越大，所以B錯(cuò)誤；在“<”形導(dǎo)體右側(cè)表面上下部分附近電場(chǎng)強(qiáng)度方向不相同，所以C錯(cuò)誤；由于a、b在同一等勢(shì)面上，則電荷從a點(diǎn)到c點(diǎn)再到b點(diǎn)電場(chǎng)力做功一定為零，所以D正確.本題正確選項(xiàng)為D.

點(diǎn)評(píng)本題以靜電場(chǎng)為背景，考查了電場(chǎng)也是客觀(guān)存在的物質(zhì)，可分別從力與能量的角度描述電場(chǎng).我們引入了電場(chǎng)線(xiàn)和等勢(shì)線(xiàn)形象直觀(guān)地表達(dá)，考查了學(xué)生對(duì)電場(chǎng)物質(zhì)觀(guān)和能量觀(guān)的理解.

2 深度學(xué)習(xí)，提升科學(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(guò)程，以真正引領(lǐng)學(xué)生的科學(xué)思維，提升選考物理的成績(jī).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)生圍繞著具有挑戰(zhàn)性的學(xué)習(xí)主題，全身心積極參與、體驗(yàn)成功、獲得發(fā)展的有意義的學(xué)習(xí)過(guò)程.現(xiàn)在有相當(dāng)一部分選考物理的考生，通過(guò)大量刷題尋找解題的機(jī)械套路，他們學(xué)到了一些超級(jí)好用的“定理”、“推論”，這只是淺層的學(xué)習(xí)，結(jié)果在物理選考中結(jié)論套用發(fā)揮失常.我們應(yīng)該主動(dòng)地讓學(xué)生回歸到最基礎(chǔ)的物理知識(shí)，回歸到物理的本源去認(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(wèn)題為背景，每個(gè)題目都戴了一個(gè)“帽子”，要求學(xué)生用清晰的物理觀(guān)念，分析物理對(duì)象和過(guò)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(guò)科學(xué)推理、科學(xué)論證和質(zhì)疑創(chuàng)新等多種思維方式解決問(wèn)題，突出了對(duì)核心素養(yǎng)的考查.

例3 (2021．1第16題)如圖3甲所示中的發(fā)電機(jī)的示意圖，邊長(zhǎng)為L(zhǎng)的正方形金屬框，在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中以恒定角速度繞OO'軸轉(zhuǎn)動(dòng)，阻值為R的電阻兩端的電壓如圖3乙所示.其它電阻不計(jì)，圖3乙中的Um為已知量.則金屬框轉(zhuǎn)動(dòng)一周( ).

圖3

A.框內(nèi)電流方向不變

B.電動(dòng)勢(shì)的最大值為Um

C.流過(guò)電阻的電荷量q=2BL2/R

D.電阻產(chǎn)生的焦耳熱Q=πUmBL2/R

點(diǎn)評(píng)這其實(shí)是一個(gè)直流發(fā)電機(jī)的模型，線(xiàn)圈內(nèi)部產(chǎn)生的是正弦交流電，而輸出的是直流電.考查學(xué)生遷移能力、建模能力和分析推理能力.

例4 (2021．6第6題)大功率微波對(duì)人和其他生物有一定的殺傷作用.實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)人體單位面積接收的微波功率達(dá)到250W/m2時(shí)會(huì)引起神經(jīng)混亂，達(dá)到1000W/m2時(shí)會(huì)引起心肺功能衰竭.現(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. 100m 25m B. 100m 50m

C. 200m 100m D. 200m 50m

則引起神經(jīng)混亂時(shí)有

引起心肺功能衰竭時(shí)有

所以B正確；ACD錯(cuò)誤,本題正確選項(xiàng)為B.

點(diǎn)評(píng)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)推理的能力.

3 拓展創(chuàng)新，引領(lǐng)科學(xué)探究

浙江省以往的實(shí)驗(yàn)題總是從認(rèn)識(shí)器材、選擇器材、實(shí)驗(yàn)操作、數(shù)據(jù)處理、誤差分析五個(gè)方面來(lái)出題的.現(xiàn)在就是想進(jìn)行實(shí)驗(yàn)拓展與創(chuàng)新，有拓展的小設(shè)計(jì)，目的就是想改變一下浙江省實(shí)驗(yàn)考查的風(fēng)格，考查實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)，引領(lǐng)科學(xué)探究.“科學(xué)探究”主要包括問(wèn)題、證據(jù)、解釋、合作與交流等要素.

實(shí)驗(yàn)要有靈活性，就是要在課本實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上我們?cè)趺礃由晕⒆円幌?，不是?shí)驗(yàn)的完全設(shè)計(jì).2021.1月的光學(xué)實(shí)驗(yàn)題從四根大頭針到三根大頭針的拓展，第18題電學(xué)實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生畫(huà)出測(cè)電動(dòng)勢(shì)與內(nèi)阻的原理電路圖.閱卷時(shí)我們發(fā)現(xiàn)，此題得分是相當(dāng)?shù)偷?，這個(gè)實(shí)驗(yàn)拓展，其實(shí)一個(gè)電路圖書(shū)上是有的，又沒(méi)叫你算量程，也沒(méi)叫你電路連線(xiàn)，就僅僅畫(huà)原理圖而已.有電流表有電阻箱，可學(xué)生就沒(méi)有意識(shí)到電表的改裝.2021.6月實(shí)驗(yàn)考題中“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”，不同于常規(guī)設(shè)問(wèn)，而是基于學(xué)生易錯(cuò)的操作設(shè)置問(wèn)題.電學(xué)實(shí)驗(yàn)題是在伏安法測(cè)電阻的基礎(chǔ)上，設(shè)置了一種比較新穎的測(cè)電阻方法，間接考查了儀器最小分度對(duì)測(cè)量誤差的影響.

例5(2021．1第18題)在“測(cè)定電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻”實(shí)驗(yàn)中， ①用如圖4甲所示的電路圖測(cè)量，得到的一條實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合線(xiàn)如圖4乙所示，則該電池的電動(dòng)勢(shì)E=____V(保留3位有效數(shù))；內(nèi)阻r=____(保留2位有效數(shù)字).

圖4

②現(xiàn)有如圖5所示的實(shí)驗(yàn)器材，照片中電阻箱阻值可調(diào)范圍為0～99992，滑動(dòng)變阻器阻值變化范圍為0～10Ω，電流表G的量程為0～3mA、內(nèi)阻為200Ω，電壓表的量程有0～3V和0～15V.請(qǐng)?jiān)趫D5中選擇合適的器材，在答題紙相應(yīng)方框中畫(huà)出兩種測(cè)定一節(jié)干電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的電路圖.

圖5

解析①根據(jù)閉合電路歐姆定律得U=E-Ir，將題干中得圖線(xiàn)延長(zhǎng)與橫縱軸分別相交，如圖6.

可知圖像與縱軸交點(diǎn)即為電動(dòng)勢(shì)，即E=1.46V.

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(cè)量，電路圖如圖7.

圖7

也可以通過(guò)電阻箱改裝電流表，擴(kuò)大電流表得量程，實(shí)現(xiàn)電流得測(cè)量，電路圖如圖8.

圖8

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(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻.

點(diǎn)評(píng)實(shí)驗(yàn)題就是要在課本實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行拓展與創(chuàng)新.有電流表有電阻箱，可學(xué)生就沒(méi)有意識(shí)到先進(jìn)行電表的改裝，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(shí).

例6 (2021．6第17題)在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”實(shí)驗(yàn)中，小王用如圖9甲所示的裝置，讓重物從靜止開(kāi)始下落，打出一條清晰的紙帶，其中的一部分如圖9乙所示.O點(diǎn)是打下的第一個(gè)點(diǎn)，A、B、C和D為另外4個(gè)連續(xù)打下的點(diǎn).

圖9

①為了減小實(shí)驗(yàn)誤差，對(duì)體積和形狀相同的重物，實(shí)驗(yàn)時(shí)選擇密度大的理由是____.

②已知交流電頻率為50Hz，重物質(zhì)量為200g，當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭=9.80m/s2，則從O點(diǎn)到C點(diǎn)，重物的重力勢(shì)能變化量的絕對(duì)值|ΔEp|=____J、C點(diǎn)的動(dòng)能EkC=____J(計(jì)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(yàn)證機(jī)械能守恒實(shí)驗(yàn)時(shí)阻力越小越好，因此密度大的阻力與重力之比更小.

②由圖9乙中可知OC之間的距離為xOC=27.90cm，因此機(jī)械能的減少量為

|ΔEp|=mgxOC=0.2×9.8×0.2790J=0.547J

勻變速運(yùn)動(dòng)時(shí)間中點(diǎn)的速度等于這段時(shí)間的平均速度，因此

因此動(dòng)能的增加量為

工作電壓偏高不會(huì)影響實(shí)驗(yàn)的誤差，存在摩擦力會(huì)使重力勢(shì)能的減少量大于動(dòng)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(huì)導(dǎo)致動(dòng)能的增加量大于重力勢(shì)能的減少量.

點(diǎn)評(píng)在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中由于存在阻力，在常規(guī)的設(shè)問(wèn)中都是重力勢(shì)能的減小量大于動(dòng)能的增加量.而本題不同于常規(guī)設(shè)問(wèn)，而是基于學(xué)生易錯(cuò)的操作設(shè)置的問(wèn)題，讓學(xué)生尊重實(shí)驗(yàn)事實(shí)，用物理原理進(jìn)行科學(xué)的分析，充分考查了科學(xué)探究中的問(wèn)題、證據(jù)、解釋、合作與交流等物理素養(yǎng).

4 立德樹(shù)人，培養(yǎng)科學(xué)精神

選考物理試題以我國(guó)近年來(lái)重大工程和科技成就為背景，充分展示中國(guó)元素.如第1題展示了中國(guó)科學(xué)家首次探測(cè)到最高能量的γ射線(xiàn)，第11題以泵車(chē)為例展示中國(guó)制造成就，第19題以機(jī)動(dòng)車(chē)禮讓行人為背景展示中國(guó)公民素養(yǎng)，第3題的火箭發(fā)射場(chǎng)景、第4題天問(wèn)一號(hào)著陸火星和第22題的空間站離子推進(jìn)器展示了中國(guó)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(ài)國(guó)情懷，有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神.

在科學(xué)發(fā)展的過(guò)程中，深深地蘊(yùn)涵著科學(xué)家充滿(mǎn)人文主義的科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神.中國(guó)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(hào)截人飛船的成功發(fā)射到嫦娥一號(hào)探月行動(dòng)的成功，天問(wèn)一號(hào)火星探測(cè)器，神舟十二號(hào)3名航天員進(jìn)駐天和核心艙，中國(guó)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 (2021．1第14題)如圖10所示是我國(guó)全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)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(xiàng)重大突破，為未來(lái)和平利用聚變能量邁出了重要一步.關(guān)于核聚變，下列說(shuō)法正確的是( ).

圖10

A.聚變又叫熱核反應(yīng)

B.太陽(yáng)就是一個(gè)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(duì)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(xiàng)A正確；太陽(yáng)就是一個(gè)巨大的熱核反應(yīng)堆，選項(xiàng)B正確；要使輕核發(fā)生聚變，必須使它們的距離達(dá)到10-15m以?xún)?nèi)，核力才能起作用，那么熱核反應(yīng)時(shí)要將輕核加熱到很高的溫度，使它們具有足夠的動(dòng)能來(lái)克服核力而聚變?cè)谝黄鹦纬尚碌脑雍?，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(xiàng)C錯(cuò)誤；對(duì)相同質(zhì)量的核燃料，輕核聚變比重核裂變產(chǎn)能多，選項(xiàng)D正確.故本題正確選項(xiàng)為ABD.

點(diǎn)評(píng)實(shí)現(xiàn)可控核聚變是我們的中國(guó)夢(mèng)，在不久的將來(lái)即將實(shí)現(xiàn)，到那時(shí)也就沒(méi)有能源危機(jī)了，這情境大大激發(fā)了學(xué)生的愛(ài)國(guó)情懷，充分展示中國(guó)科技與中國(guó)元素，增強(qiáng)學(xué)生的愛(ài)國(guó)主義精神.

例8 (2021．1第20題)機(jī)動(dòng)車(chē)禮讓行人是一種文明行為.如圖11所示，質(zhì)量m=1.0×103kg的汽車(chē)以v1=36km/h的速度在水平路面上勻速行駛，在距離斑馬線(xiàn)s=20m處，駕駛員發(fā)現(xiàn)小朋友排著長(zhǎng)l=6m的隊(duì)伍從斑馬線(xiàn)一端開(kāi)始通過(guò)，立即剎車(chē)，最終恰好停在斑馬線(xiàn)前.假設(shè)汽車(chē)在剎車(chē)過(guò)程中所受阻力不變，且忽略駕駛員反應(yīng)時(shí)間.

圖11

(1)求開(kāi)始剎車(chē)到汽車(chē)停止所用的時(shí)間和所受阻力的大??；

(2)若路面寬L=6m，小朋友行走的速度v0=0.5m/s，求汽車(chē)在斑馬線(xiàn)前等待小朋友全部通過(guò)所需的時(shí)間；

(3)假設(shè)駕駛員以v2=54m/h超速行駛，在距離斑馬線(xiàn)s=20m處立即剎車(chē)，求汽車(chē)到斑馬線(xiàn)時(shí)的速度.

解得剎車(chē)時(shí)間t1=4s

根據(jù)牛頓第二定律Ff=ma

解得Ff=2.5×103N

等待時(shí)間t=t2-t1=20s

點(diǎn)評(píng)走進(jìn)社會(huì)，走進(jìn)生活中的物理，本題以機(jī)動(dòng)車(chē)禮讓行人為背景展示中國(guó)公民的基本素養(yǎng).立德樹(shù)人，增強(qiáng)國(guó)家民族自信心，這是培養(yǎng)人的基本準(zhǔn)則和目標(biāo).