劉智勇 李 剛

(四川省攀枝花市第七高級中學校)

“機械刷題”是指學生在未形成物理觀念、掌握物理規(guī)律的條件下,重復完成大量的習題或者考試,企圖用“刷”這一簡單體力勞動代替“學”的過程?！皺C械刷題”是一種極其低效的學習方式,會擠占學生大量的休息時間,影響學生身心健康發(fā)展;另一方面學生在刷題過程中沒有對所學知識進行深度思考,不能靈活運用所學知識解決真實情境問題。

隨著新課程、新教材、新高考的全面推進,中國教育正式步入了以核心素養(yǎng)為導向,培養(yǎng)德智體美勞全面發(fā)展社會主義建設者和接班人的新階段。因此對于“三新”背景下的高三物理習題設計而言,如何聚焦必備知識,強化關鍵能力就變得尤為重要!高質(zhì)量的習題可以優(yōu)質(zhì)、高效地培養(yǎng)學生必備知識和關鍵能力,避免“機械刷題”。

我們以2022年高考全國甲卷物理試題改編題為例,說明高三物理習題設計新模式。

一、強化必備知識,形成物理觀念

【習題一】(2022·全國甲卷·34改編)如圖1,邊長為a的正方形ABCD為一棱鏡的橫截面,M為AB邊的中點。在截面所在的平面,一光線自M點射入棱鏡,入射角為60°,經(jīng)折射后在BC邊的N點恰好發(fā)生全反射,反射光線從CD邊的P點射出棱鏡,求:

圖1

(1)請寫出光通過不同介質(zhì)的折射公式,并找出題中的入射角和折射角;

(2)請寫出全反射臨界角公式,并在圖中標出臨界角C;

(3)計算棱鏡的折射率以及P、C兩點之間的距離。

【評注】根據(jù)SOLO分類理論(Structure of the Observed Learning Outcome,可觀察的學習成果結構),學生的學習結果按照思維從低到高分為五個不同層次:前結構、單點結構、多點結構、關聯(lián)結構和抽象拓展結構。我們設計習題要強化梯度問題,完善物理觀念,讓思維層次處于前3級的同學能夠練有所獲。

圖2

由幾何關系有r+C=90°

在前兩問理解題意、構建物理模型的基礎上,通過平面幾何知識的運算,強化了同學們的邏輯推理能力。

二、體驗科學探究,培養(yǎng)關鍵能力

【習題二】(2022·全國甲卷·23改編)利用圖3所示的實驗裝置對碰撞過程進行研究。讓質(zhì)量為m1的滑塊A與質(zhì)量為m2的靜止滑塊B在水平氣墊導軌上發(fā)生碰撞,碰撞時間極短,比較碰撞后A和B的速度大小v1和v2,進而分析碰撞過程是否為彈性碰撞。完成下列填空:

圖3

(1)調(diào)節(jié)導軌水平,目的是__________________

;

(2)①如果滑塊A與滑塊B發(fā)生彈性碰撞,請寫出AB滑塊碰撞過程中滿足的方程____________________________,________________________;

②測得兩滑塊的質(zhì)量分別為0.510 kg和0.304 kg。要使碰撞后兩滑塊運動方向相反,應選取質(zhì)量為________kg的滑塊作為A;

(3)調(diào)節(jié)B的位置,使得A與B接觸時,A的左端到左邊擋板的距離s1與B的右端到右邊擋板的距離s2相等;

(4)使A以一定的初速度沿氣墊導軌運動,并與B碰撞,分別用傳感器記錄A和B從碰撞時刻開始到各自撞到擋板所用的時間t1和t2;AB滑塊碰后的速度大小表達式:v1=________,v2=________(用題中出現(xiàn)的字母表示);碰撞前后滑塊A速度方向是否改變?我們還可以設計什么方法測量AB碰后的速度_____________________;

(5)將B放回到碰撞前的位置,改變A的初速度大小,重復步驟(4)。多次測量的結果如表所示;

12345t1/s0.490.671.011.221.39t2/s0.150.210.330.400.46k=v1v20.31k20.330.330.33

(6)表中的k2=________(保留2位有效數(shù)字);

【詳解】

(1)物體碰撞前后均處于平衡態(tài)

(8)彈性碰撞時滿足動量守恒和機械能守恒(滑塊A碰后速度反向),可得

m1v0=-m1v1+m2v2

三、創(chuàng)新推理論證,提升思維層次

【習題三】(2022·全國甲卷·18改編)空間存在著勻強磁場和勻強電場,磁場的方向垂直于紙面(平面)向里,電場的方向沿y軸負方向。一帶電粒子在電場和磁場的作用下,從坐標原點O由靜止開始運動。該帶電粒子的運動軌跡如圖4所示,試回答下列問題:

圖4

(1)判斷該帶電粒子的正負。

(2)該帶電粒子在P點(距離x軸最遠點)時受到的洛倫茲力與電場力大小是否相等?

(3)該帶電粒子的運動軌跡OPQ是否為半圓?

(4)如果電場強度大小為E,磁感應強度大小為B,帶電粒子在P點的速度大小為多少?

(5)P點到x軸的距離與OQ之間的距離之比為多少?

【評注】帶電粒子垂直磁場方向進入磁場與電場的復合場,如果受力不平衡,則粒子運動軌跡為滾輪線(最速落線);若粒子斜射入磁場(初速度與磁場既不垂直也不平行),則粒子做等距螺旋運動。本習題設計了5問,由淺入深,由易到難,既考查了必備知識,也考查了關鍵能力,著力培養(yǎng)優(yōu)等生的創(chuàng)新思維,利用高中運動的分解處理,將復雜的滾輪線等效為兩個簡單的分運動。要正確解答此題,對學生的推理能力和思維層次要求也很高。

【詳解】

(1)因為電場方向沿y軸負方向,帶電粒子向y軸正方向加速,所以粒子帶負電。

(2)不相等。假設該帶電粒子在P點時受到的洛倫茲力與電場力相等,則軌跡應為直線(做勻速直線運動)。所以洛倫茲力與電場力不相等。

(3)軌跡不是半圓。

小球初速度為0,可以將此速度分解為向左的v1和向右的v2,有v1=v2。假設帶電粒子的電荷量大小為q,如果qv2B=qE,則帶電粒子的運動可等效為兩個分運動:一個是由v2引起的向右勻速直線運動,另一個是由v1引起的順時針方向勻速圓周運動。所以軌跡不是半圓。

圖5

四、結語

高三物理習題的主要功能是讓學生通過練習熟練掌握學科必備知識,不斷提升SOLO思維層次,培養(yǎng)關鍵能力,是教學過程的進一步延伸和拓展,而不應該理解為“簡單的重復”。此類習題至少應具備以下特征之一:(1)遵循認知規(guī)律,即由已知到未知,由特殊到一般、從具體到抽象,能夠引導學生積極主動建構必備知識體系。(2)依托真實問題構建任務背景,培養(yǎng)學生理解能力和模型構建能力。(3)有利于質(zhì)詢性問題的提出,培養(yǎng)學生推理能力和探究、創(chuàng)新能力。