吳 賓

威海市第三中學(xué)，山東 威海 264212

1 引言

2022年高考物理試題，繼續(xù)深化從“考知識(shí)”到“考能力”的轉(zhuǎn)化，進(jìn)一步落實(shí)《中國(guó)高考評(píng)價(jià)體系》中的考查內(nèi)容?！吨袊?guó)高考評(píng)價(jià)體系》明確指出，高考考查內(nèi)容包含四個(gè)方面：核心價(jià)值、學(xué)科素養(yǎng)、關(guān)鍵能力、必備知識(shí)[1]。高中物理學(xué)科的關(guān)鍵能力，包含以下五個(gè)方面：理解能力、推理論證能力、模型建構(gòu)能力、實(shí)驗(yàn)探究能力、創(chuàng)新能力[2]。2022年山東高考物理試題就從以上5種關(guān)鍵能力下功夫，落實(shí)物理學(xué)科關(guān)鍵能力的考查。

近年來(lái)，以物理學(xué)科核心素養(yǎng)為導(dǎo)向的高考試題研究很多，但是從5種關(guān)鍵能力角度分析高考物理試題的研究很少?；诖耍狙芯恳?022年山東物理高考卷為研究對(duì)象，評(píng)析高考試題如何在5種關(guān)鍵能力上進(jìn)行考查，以期深入認(rèn)識(shí)高考對(duì)關(guān)鍵能力考查的命題特色與趨勢(shì)，為教師教學(xué)和備考提供建議。高考試題每一個(gè)題目，并不是單獨(dú)考查某一種關(guān)鍵能力，而往往考查多種關(guān)鍵能力；同時(shí)，高考試題的大多數(shù)題目又是以某一關(guān)鍵能力作為考查重點(diǎn)。本研究每一種關(guān)鍵能力借助一個(gè)典型試題進(jìn)行剖析。

2 高考對(duì)理解能力的考查

理解能力指的是理解知識(shí)的意義，把握物理情境的本質(zhì)特征，能將知識(shí)與情境聯(lián)系起來(lái)，并運(yùn)用已有的知識(shí)和方法解決問(wèn)題[3]。

例1（2022年山東高考物理第6題）“羲和號(hào)”是我國(guó)首顆太陽(yáng)探測(cè)科學(xué)技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星。如圖1所示，該衛(wèi)星圍繞地球的運(yùn)動(dòng)視為勻速圓周運(yùn)動(dòng)，軌道平面與赤道平面接近垂直。衛(wèi)星每天在相同時(shí)刻，沿相同方向經(jīng)過(guò)地球表面A點(diǎn)正上方，恰好繞地球運(yùn)行n圈。已知地球半徑為地軸R，自轉(zhuǎn)周期為T(mén)，地球表面重力加速度為g，則“羲和號(hào)”衛(wèi)星軌道距地面高度為（ ）

圖1 原題配圖

評(píng)析：高考每個(gè)試題都會(huì)考查學(xué)生理解能力。理解能力是其他關(guān)鍵能力的前提和基礎(chǔ)。學(xué)生不具備理解能力，其他能力的培養(yǎng)就無(wú)從談起。不具備理解能力，學(xué)生擁有的物理概念、規(guī)律、方法等便無(wú)法正確使用。

3 高考對(duì)推理論證能力的考查

推理論證能力指的是能根據(jù)已知的物理事實(shí)、物理知識(shí)，通過(guò)分析、推理和論證，得出正確結(jié)論并作出正確解釋的能力[3]。

例2（2022年山東高考物理第8題）無(wú)人配送小車(chē)某次性能測(cè)試路徑如圖2所示，半徑為3 m的半圓弧BC與長(zhǎng)8 m的直線(xiàn)路徑AB相切于B點(diǎn)，與半徑為4 m的半圓弧CD相切于C點(diǎn)。小車(chē)以最大速度從A點(diǎn)駛?cè)肼窂剑竭m當(dāng)位置調(diào)整速率運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)，然后保持速率不變依次經(jīng)過(guò)BC和CD。為保證安全，小車(chē)速率最大為4 m/s。在A(yíng)BC段的加速度最大為2 m/s2，CD段的加速度最大為1 m/s2。小車(chē)視為質(zhì)點(diǎn)，小車(chē)從A到D所需最短時(shí)間t及在A(yíng)B段做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的最長(zhǎng)距離l為（ ）

圖2 原題配圖

評(píng)析：推理能力是敏銳地思考分析、快捷反應(yīng)、迅速地掌握問(wèn)題的核心，在最短時(shí)間內(nèi)作出合理正確的選擇。本題所需物理知識(shí)較為簡(jiǎn)單，但是題目中無(wú)人配送小車(chē)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程較多，題目解答起來(lái)非常繁瑣。所以，解答本題的關(guān)鍵不是物理知識(shí)和方法，而是要迅速作出反應(yīng)，按部就班地進(jìn)行分析、推理、運(yùn)算。本題過(guò)程復(fù)雜，沒(méi)有簡(jiǎn)單的解題方法，如果尋找捷徑，則會(huì)浪費(fèi)時(shí)間，且徒勞無(wú)功。

推理論證能力的培養(yǎng)需要學(xué)生在安靜環(huán)境下進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間獨(dú)立思考、獨(dú)立分析，通過(guò)紙筆運(yùn)算、畫(huà)圖等方式，才能?chē)?yán)謹(jǐn)?shù)氐贸龃鸢浮?/p>

4 高考對(duì)模型建構(gòu)能力的考查

模型建構(gòu)能力是指能從物理現(xiàn)象中抽象出其主要特征，并通過(guò)類(lèi)比、想象等方法建構(gòu)其結(jié)構(gòu)、關(guān)系等物理模型，并能用物理語(yǔ)言進(jìn)行描述，在實(shí)際問(wèn)題中能運(yùn)用物理模型解決問(wèn)題的能力[3]。

圖3 原題附圖

（1）當(dāng)離子甲從A點(diǎn)出射速度為v0時(shí)，求電場(chǎng)強(qiáng)度的大小E；

（2）若使離子甲進(jìn)入磁場(chǎng)后始終在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，求進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的最大速度vm；

解析（1）如圖4所示：

圖4 離子甲在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)分析

將離子甲從A點(diǎn)出射速度為v0分解到沿y軸方向和z軸方向，離子受到電場(chǎng)力沿y軸負(fù)方向，可知離子沿z軸方向做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，沿y軸方向做勻減速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，從A到O的過(guò)程，有

（2）離子從坐標(biāo)原點(diǎn)O沿z軸正方向進(jìn)入磁場(chǎng)I中，在磁場(chǎng)I中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過(guò)磁場(chǎng)I偏轉(zhuǎn)后從y軸進(jìn)入磁場(chǎng)II中，繼續(xù)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，如圖5所示。

圖5 離子進(jìn)入磁場(chǎng)后運(yùn)動(dòng)分析

由洛倫茲力提供向心力可得

為了使離子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，則離子在磁場(chǎng)I中運(yùn)動(dòng)時(shí)，不能從磁場(chǎng)I上方穿出。在磁場(chǎng)II中運(yùn)動(dòng)時(shí)，不能從xOz平面穿出，則離子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌跡半徑需滿(mǎn)足

要使離子甲進(jìn)入磁場(chǎng)后始終在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的最大速度為。

離子在磁場(chǎng)II中的軌跡半徑為

離子從O點(diǎn)第一次穿過(guò)到第四次穿過(guò)xOy平面的運(yùn)動(dòng)情景，如圖6所示。

圖6 離子甲在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)軌跡分析

離子第四次穿過(guò)xOy平面的x坐標(biāo)為

x4＝2r2′sin45°＝d

離子第四次穿過(guò)xOy平面的y坐標(biāo)為

y4＝2r′1＝d

故離子第四次穿過(guò)xOy平面的位置坐標(biāo)為（d，d，0）。

（4）設(shè)離子乙的速度為v′，根據(jù)離子甲、乙動(dòng)能相同，可得

可得

離子甲、乙在磁場(chǎng)I中的軌跡半徑分別為

離子甲、乙在磁場(chǎng)II中的軌跡半徑分別為

根據(jù)幾何關(guān)系可知離子甲、乙運(yùn)動(dòng)軌跡第一個(gè)交點(diǎn)在離子乙第一次穿過(guò)x軸的位置，如圖7所示。

圖7 離子甲、乙在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)軌跡分析

從O點(diǎn)進(jìn)入磁場(chǎng)到第一個(gè)交點(diǎn)的過(guò)程，有

可得離子甲、乙到達(dá)它們運(yùn)動(dòng)軌跡第一個(gè)交點(diǎn)的時(shí)間差為

評(píng)析：模型建構(gòu)是物理學(xué)科核心素養(yǎng)中的重要要素之一，高考十分重視模型建構(gòu)能力的考查。本題以中國(guó)“人造太陽(yáng)”為背景進(jìn)行命題，考查學(xué)生的模型建構(gòu)能力，且對(duì)學(xué)生將來(lái)進(jìn)行科學(xué)探究或從事科學(xué)或工程實(shí)踐有引導(dǎo)作用。

本題涉及的模型主要是過(guò)程模型，過(guò)程模型是對(duì)具體物理過(guò)程純粹化、理想化的抽象。本題中的過(guò)程模型包含勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)、勻變速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)、勻速圓周運(yùn)動(dòng)等，幾種過(guò)程模型相組合，無(wú)疑增大了題目的難度，需要考生具備一定的空間想象能力。將幾種模型進(jìn)行綜合的命題，實(shí)際上考查了學(xué)生的高階思維能力。

在教學(xué)和備考中，教師應(yīng)該讓學(xué)生學(xué)會(huì)建構(gòu)物理模型解決問(wèn)題，而不是熟悉解題套路解答問(wèn)題。

5 高考對(duì)實(shí)驗(yàn)探究能力的考查

實(shí)驗(yàn)探究能力指的是能獨(dú)立完成基本的學(xué)生實(shí)驗(yàn)，能針對(duì)具體探究的問(wèn)題，根據(jù)已有條件制訂實(shí)驗(yàn)探究方案，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)形成合理結(jié)論并作出科學(xué)解釋和評(píng)價(jià)的能力[3]。

例4（2022年山東高考物理第14題）某同學(xué)利用實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有器材，設(shè)計(jì)了一個(gè)測(cè)量電阻阻值的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)器材：

干電池E（電動(dòng)勢(shì)1.5 V，內(nèi)阻未知）；

電流表 A1（量程 10 mA，內(nèi)阻為 90 Ω）；

電流表 A2（量程 30 mA，內(nèi)阻為 30 Ω）；

定值電阻 R0（阻值為 150 Ω）；

滑動(dòng)變阻器R（最大阻值為100 Ω）；

待測(cè)電阻Rx；

開(kāi)關(guān)S，導(dǎo)線(xiàn)若干。

測(cè)量電路如圖8所示。

圖8 原題附圖

（1）斷開(kāi)開(kāi)關(guān)，連接電路，將滑動(dòng)變阻器R的滑片調(diào)到阻值最大一端。將定值電阻R0接入電路；閉合開(kāi)關(guān)，調(diào)節(jié)滑片位置，使電流表指針指在滿(mǎn)刻度的處。該同學(xué)選用的電流表為_(kāi)______（填“A1”或“A2”）；若不考慮電池內(nèi)阻。此時(shí)滑動(dòng)變阻器接入電路的電阻值應(yīng)為_(kāi)_______Ω。

（2）斷開(kāi)開(kāi)關(guān)，保持滑片的位置不變。用Rx替換R0，閉合開(kāi)關(guān)后，電流表指針指在滿(mǎn)刻度的處，則Rx的測(cè)量值為_(kāi)_______Ω。

（3）本實(shí)驗(yàn)中未考慮電池內(nèi)阻，對(duì)Rx的測(cè)量值 _________（填“有”或“無(wú)”）影響。

評(píng)析：高考通過(guò)實(shí)驗(yàn)題來(lái)考查考生的實(shí)驗(yàn)探究能力。本題中，測(cè)量電阻阻值的實(shí)驗(yàn)是基本學(xué)生實(shí)驗(yàn)，要求學(xué)生選擇合理的實(shí)驗(yàn)器材，并依據(jù)已有條件制訂實(shí)驗(yàn)方案，得出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出科學(xué)解釋和評(píng)價(jià)。

解答本題的關(guān)鍵是依據(jù)實(shí)驗(yàn)方案，弄清楚實(shí)驗(yàn)原理，否則就無(wú)法正確解析第（2）問(wèn)和第（3）問(wèn)。測(cè)量電阻阻值的實(shí)驗(yàn)雖是常規(guī)實(shí)驗(yàn)，但是學(xué)生無(wú)法通過(guò)死記硬背在本題中得分。所以，在教學(xué)中，教師應(yīng)該培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究能力，而不是讓學(xué)生死記硬背實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、原理、器材、步驟、結(jié)論等。

6 高考對(duì)創(chuàng)新能力的考查

創(chuàng)新能力指的是在已有經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過(guò)自主學(xué)習(xí)和獨(dú)立思考，發(fā)現(xiàn)新問(wèn)題、獲取新知識(shí)、創(chuàng)造新方法、解決新問(wèn)題的能力[3]。新高考之后，物理學(xué)科的創(chuàng)新能力主要通過(guò)實(shí)驗(yàn)題來(lái)考查學(xué)生。

例5（2022年山東高考物理第13題）在天宮課堂中，我國(guó)航天員演示了利用牛頓第二定律測(cè)量物體質(zhì)量的實(shí)驗(yàn)。受此啟發(fā)，某同學(xué)利用氣墊導(dǎo)軌、力傳感器、無(wú)線(xiàn)加速度傳感器、輕彈簧和待測(cè)物體等器材設(shè)計(jì)了測(cè)量物體質(zhì)量的實(shí)驗(yàn)，如圖9所示。主要步驟如下：

圖9 原題附圖

①將力傳感器固定在氣墊導(dǎo)軌左端支架上，加速度傳感器固定在滑塊上；

②接通氣源，放上滑塊，調(diào)平氣墊導(dǎo)軌；

③將彈簧左端連接力傳感器，右端連接滑塊。彈簧處于原長(zhǎng)時(shí)滑塊左端位于O點(diǎn)。A點(diǎn)到O點(diǎn)的距離為5.00 cm，拉動(dòng)滑塊使其左端處于A(yíng)點(diǎn)，由靜止釋放并開(kāi)始計(jì)時(shí)；

④計(jì)算機(jī)采集獲取數(shù)據(jù)，得到滑塊所受彈力F、加速度a隨時(shí)間t變化的圖像，部分圖像如圖10乙所示。

回答以下問(wèn)題（結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字）：

（1）彈簧的勁度系數(shù)為_(kāi)____N/m。

（2）該同學(xué)從圖乙中提取某些時(shí)刻F與a的數(shù)據(jù)，畫(huà)出a-F圖像如圖10丙中I所示，由此可得滑塊與加速度傳感器的總質(zhì)量為_(kāi)______kg。

圖 10 F-t、a-t、a-F 圖像

（3）該同學(xué)在滑塊上增加待測(cè)物體，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)步驟，在圖丙中畫(huà)出新的a-F圖像Ⅱ，則待測(cè)物體的質(zhì)量為_(kāi)_______kg。

評(píng)析：實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新的方法有多種，如實(shí)驗(yàn)原理創(chuàng)新、實(shí)驗(yàn)器材創(chuàng)新、數(shù)據(jù)處理方法創(chuàng)新等方式，一個(gè)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)往往需要多種創(chuàng)新。利用牛頓第二定律測(cè)量物體質(zhì)量的實(shí)驗(yàn)并不是課程標(biāo)準(zhǔn)中要求的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)室測(cè)量質(zhì)量常使用天平，而本題使用牛頓第二定律來(lái)測(cè)量，這屬于實(shí)驗(yàn)原理創(chuàng)新。本實(shí)驗(yàn)中采用了力傳感器和計(jì)算機(jī)，屬于實(shí)驗(yàn)器材創(chuàng)新。本實(shí)驗(yàn)畫(huà)出a-F圖像，讓考生通過(guò)圖像得出質(zhì)量，屬于數(shù)據(jù)處理創(chuàng)新。

近三年山東高考物理試題，實(shí)驗(yàn)題均為兩個(gè)，其中有一個(gè)是課程標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的實(shí)驗(yàn)之外的實(shí)驗(yàn)，高考借助這類(lèi)實(shí)驗(yàn)題來(lái)考查學(xué)生的創(chuàng)新能力。我們無(wú)法預(yù)測(cè)未來(lái)的山東高考物理卷考查何種創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，但無(wú)論如何創(chuàng)新，題目涉及的知識(shí)均為高考物理所要求的知識(shí)。教師在教學(xué)中有意識(shí)地培養(yǎng)和提升學(xué)生的創(chuàng)新能力，就可以讓學(xué)生很好地應(yīng)對(duì)此類(lèi)題目。

7 結(jié)語(yǔ)

高考結(jié)束后，學(xué)生戲言“老師教了的都沒(méi)考，高考考的都沒(méi)學(xué)”。這在一定程度上反映出，在新高考背景下，很多教師沒(méi)有轉(zhuǎn)變思想，在教學(xué)中想方設(shè)法讓學(xué)生多學(xué)會(huì)幾道題目，而不是培養(yǎng)和提升學(xué)生物理學(xué)科的關(guān)鍵能力，最終導(dǎo)致學(xué)生在高考中覺(jué)得“高中三年物理白學(xué)了”。