馮 楠 王 林
(寧夏大學(xué)物理電氣信息學(xué)院 寧夏 銀川 750021)
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2015年高考物理試題情境分析
馮 楠 王 林
(寧夏大學(xué)物理電氣信息學(xué)院 寧夏 銀川 750021)
2015年高考物理試題注重通過設(shè)計(jì)真實(shí)性的實(shí)際問題情境來考查學(xué)生的知識與技能、過程與方法、情感態(tài)度與價值觀.本文對全國13套高考物理試題的情境設(shè)計(jì)展開分析,分為“生活情境”、“科技情境”和“體育情境”等,這些情境設(shè)計(jì)的特點(diǎn)將在新一輪高三物理教學(xué)中對教師的教學(xué)行為和學(xué)生的學(xué)習(xí)方式轉(zhuǎn)變有著積極的導(dǎo)向作用.
高考物理 情境設(shè)計(jì) 生活情境
高考試題著重考查學(xué)生知識、能力和科學(xué)素養(yǎng),注重理論聯(lián)系實(shí)際,注重科學(xué)技術(shù)、社會和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的聯(lián)系,注重物理知識在生產(chǎn)和生活等方面的廣泛應(yīng)用.高考試題考核的重點(diǎn)沒有孤立地對基礎(chǔ)知識和基本技能進(jìn)行簡單測試,而是通過設(shè)計(jì)真實(shí)性的實(shí)際問題情境,對學(xué)生的知識與技能、過程與方法、情感態(tài)度與價值觀進(jìn)行全面有效的考核,尤其突出對學(xué)生分析和解決實(shí)際問題能力的考核.近年來高考物理試題常以生活、科技、體育等情境為背景,在題目中給出從實(shí)際問題中分解、簡化、抽象成的物理模型,學(xué)生根據(jù)實(shí)際問題和物理模型運(yùn)用物理知識和數(shù)學(xué)知識解釋或解決問題.高考試題考核的方式要求學(xué)生能獨(dú)立完成現(xiàn)場學(xué)習(xí),接收和選擇新信息,聯(lián)想類比,進(jìn)行新、舊信息的聯(lián)系與提取,進(jìn)而建立模型,解決問題.表1給出了2015年高考物理試題的情境分析.
表1 2015年高考物理試題的情境分析
續(xù)表
物理現(xiàn)象普遍存在于人類的生產(chǎn)、生活實(shí)踐以及自然現(xiàn)象中.以學(xué)生的生活實(shí)踐、學(xué)習(xí)過程中實(shí)際遇到的問題為背景編制物理試題,是高考試題的重要來源之一,大量的高考試題來源于此.體現(xiàn)了新課程標(biāo)準(zhǔn)所倡導(dǎo)的“從生活走向物理,從物理走向社會” 的理念.
A.8 B.10 C.15 D.18
答案:B,C.
解析:如圖1所示,假設(shè)掛鉤P和Q東邊有x節(jié)車廂,西邊有y節(jié)車廂,每節(jié)車廂質(zhì)量為m.當(dāng)向東行駛時,以y節(jié)車廂為研究對象,則有
F=mya
當(dāng)向西行駛時,以x節(jié)車廂為研究對象,則有
聯(lián)立兩式有
可見,列車總節(jié)數(shù)
設(shè)x=3n(n=1,2,3,…),則N=5n,故可知選項(xiàng)B和C正確.
圖1
評析:本題考查了牛頓第二定律的應(yīng)用.情境來源于生活且不偏不怪,較好地考查了考生應(yīng)用知識解決實(shí)際問題的能力.恰當(dāng)選取研究對象,充分利用數(shù)學(xué)知識分析推理,是解題的關(guān)鍵,題目難度適中,區(qū)分度很好.
【例2】(四川卷第9題)嚴(yán)重的霧霾天氣,對國計(jì)民生已造成了嚴(yán)重的影響,汽車尾氣是形成霧霾的重要污染源,“鐵腕治污”已成為國家的工作重點(diǎn).地鐵列車可實(shí)現(xiàn)零排放,大力發(fā)展地鐵,可以大大減少燃油公交車的使用,減少汽車尾氣排放.
若一地鐵列車從甲站由靜止啟動后做直線運(yùn)動,先勻加速運(yùn)動20 s達(dá)到最高速度72 km/h,再勻速運(yùn)動80 s,接著勻減速運(yùn)動15 s到達(dá)乙站停住.設(shè)列車在勻加速運(yùn)動階段牽引力為1×106N,勻速階段牽引力的功率為6×103kW,忽略勻減速運(yùn)動階段牽引力所做的功.
(1)求甲站到乙站的距離;
(2)如果燃油公交車運(yùn)行中做的功與該列車從甲站到乙站牽引力做的功相同,求公交車排放氣體污染物的質(zhì)量.(燃油公交車每做1 J功排放氣體污染物3×10-6g)
答案:(1)1 950 m;(2)2.04 kg.
解析:(1)設(shè)列車勻加速直線運(yùn)動階段用的時間為t1,距離為s1;在勻速直線運(yùn)動階段所用的時間為t2,距離為s2,速度為v;在勻減速運(yùn)動階段所用的時間為t3,距離為s3;甲站到乙站的距離為s.則
(1)
s2=vt2
(2)
(3)
s=s1+s2+s3
(4)
由式(1)~(4)聯(lián)立,并代入數(shù)據(jù)解得
s=1 950 m
(5)
(2)設(shè)列車在勻加速直線運(yùn)動階段的牽引力為F,所做的功為W1;在勻速直線運(yùn)動階段牽引力的功率為P,所做的功為W2.設(shè)燃油公交車做與該列車從甲站到乙站相同的功W,將排放氣態(tài)污染物質(zhì)量為M.則
W1=Fs1
(6)
W2=Pt2
(7)
W=W1+W2
(8)
M=(3×10-9kg·J-1)·W
(9)
聯(lián)立式(1)、(6)~(9)并代入數(shù)據(jù)得
M=2.04 kg
(10)
評析:解答此類試題要弄清物理知識與社會問題的銜接點(diǎn),靈活地運(yùn)用所學(xué)知識去解決題設(shè)問題.本題采用社會的熱點(diǎn)問題——霧霾為情境,情境立意高、考查的知識點(diǎn)低,能體現(xiàn)時代特征.教學(xué)要旨在引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注生活中的小事以及社會熱點(diǎn)問題,熱愛科學(xué)知識.
物理知識來源于生活,服務(wù)于社會.試題必須注意聯(lián)系科學(xué)技術(shù)的前沿,聯(lián)系技術(shù)應(yīng)用帶來的社會進(jìn)步,引導(dǎo)學(xué)生理解物理對社會經(jīng)濟(jì)、科技發(fā)展產(chǎn)生的積極作用,關(guān)注國家、社會的發(fā)展和進(jìn)步.
【例3】(江蘇卷第13題)做磁共振(MRI)檢查時,對人體施加的磁場發(fā)生變化時會在肌肉組織中產(chǎn)生感應(yīng)電流.某同學(xué)為了估算該感應(yīng)電流對肌肉組織的影響,將包裹在骨骼上的一圈肌肉組織等效成單匝線圈,線圈的半徑r=5.0 cm,線圈導(dǎo)線的截面積A=0.80 cm2,電阻率ρ=1.5 Ω·m.如圖2所示,勻強(qiáng)磁場方向與線圈平面垂直,若磁感應(yīng)強(qiáng)度B在0.3 s內(nèi)從1.5 T均勻地減為零,求(計(jì)算結(jié)果保留一位有效數(shù)字):
(1)該圈肌肉組織的電阻R;
(2)該圈肌肉組織中的感應(yīng)電動勢E;
(3)0.3 s內(nèi)該圈肌肉組織中產(chǎn)生的熱量Q.
圖2
解析:(1)由電阻定律
代入數(shù)據(jù)得
R=6×103Ω
(2)感應(yīng)電動勢
代入數(shù)據(jù)得
E=4×10-2V
(3) 由焦耳定律
代入數(shù)據(jù)得
Q=8×10-8J
點(diǎn)評:本題以較新的物理情境充分展現(xiàn)了物理學(xué)在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用,通過情境設(shè)計(jì)問題考查電阻定律、法拉第電磁感應(yīng)定律和焦耳定律,題目容易但立意很高.
【例4】(全國新課標(biāo)Ⅰ第21題)我國發(fā)射的“嫦娥三號”登月探測器靠近月球后,先在月球表面附近的近似圓軌道上繞月運(yùn)行;然后經(jīng)過一系列過程,在離月面4 m高處做一次懸停(可認(rèn)為是相對于月球靜止);最后關(guān)閉發(fā)動機(jī),探測器自由下落.已知探測器的質(zhì)量約為1.3×103kg,地球質(zhì)量約為月球的81倍,地球半徑為月球的3.7倍,地球表面的重力加速度大小約為9.8 m/s2.則此探測器
A.在著陸前瞬間,速度大小約為8.9 m/s
B.懸停時受到的反沖作用力約為2×103N
C.從離開近月圓軌道到著陸這段時間內(nèi),機(jī)械能守恒
D.在近月圓軌道上運(yùn)行的線速度小于人造衛(wèi)星在近地圓軌道上運(yùn)行的線速度
答案:B,D.
解析:星球表面萬有引力提供重力即
重力加速度
地球表面
則月球表面
則探測器重力
選項(xiàng)B對.探測器做自由落體運(yùn)動,末速度
選項(xiàng)A錯.關(guān)閉發(fā)動機(jī)后,僅在月球引力作用下機(jī)械能守恒,而離開近月軌道后還有制動懸停,所以機(jī)械能不守恒,選項(xiàng)C錯.近月軌道即萬有引力提供向心力
小于近地衛(wèi)星線速度,選項(xiàng)D對.
評析:本題以“ 嫦娥三號”登月探測器為背景,試題的特點(diǎn)在于情境材料與時俱進(jìn),注重高科技領(lǐng)域的知識與高中物理知識的銜接,使試題內(nèi)容不斷保持先進(jìn)性和時代性.讓學(xué)生感到科學(xué)技術(shù)真是日新月異,從而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的熱情和愛國主義熱情.
體育比賽及游樂活動必然涉及力與運(yùn)動,因此,體育比賽及游樂活動常成為力學(xué)試題的背景.
圖3
【例5】(浙江卷第17題)圖3所示為足球球門,球門寬為L,一個球員在球門中心正前方距離球門s處高高躍起,將足球頂入球門的左下方死角(圖中P點(diǎn)).球員頂球點(diǎn)的高度為h.足球做平拋運(yùn)動(足球可看做質(zhì)點(diǎn),忽略空氣阻力),則
答案:B.
解析:由幾何知識得足球的位移
選項(xiàng)A錯誤.足球做平拋運(yùn)動有
解得
選項(xiàng)B正確.足球末速度大小為
選項(xiàng)C錯誤.足球初速度的方向與球門線夾角的正切值
選項(xiàng)D錯誤.
評析:此題以生活中的足球運(yùn)動為話題,引導(dǎo)學(xué)生走進(jìn)現(xiàn)實(shí)世界,體驗(yàn)生活,將課內(nèi)學(xué)到的知識向課外延伸.
【例6】(江蘇卷第5題)如圖4所示,某“闖關(guān)游戲”的筆直通道上每隔8 m設(shè)有一個關(guān)卡,各關(guān)卡同步放行和關(guān)閉,放行和關(guān)閉的時間分別為5 s和2 s.關(guān)卡剛放行時,一同學(xué)立即在關(guān)卡1處以加速度2 m/s2由靜止加速到2 m/s,然后勻速向前,則最先擋住他前進(jìn)的關(guān)卡是
A.關(guān)卡2 B.關(guān)卡3
C.關(guān)卡4 D.關(guān)卡5
答案:C.
圖4
解析:加速運(yùn)動時間
加速運(yùn)動位移
到第2關(guān)卡勻速運(yùn)動的時間
所以到達(dá)第2關(guān)卡的時刻(從開始運(yùn)動計(jì)時)為T2=4.5 s<5 s,放行;從第2關(guān)卡到第3關(guān)卡勻速運(yùn)動時間
所以到達(dá)第3關(guān)卡的時刻(從開始運(yùn)動計(jì)時)為T3=8.5 s,7 s<8.5 s<12 s,也是放行.從第3關(guān)卡到第4關(guān)卡勻速運(yùn)動時間仍然是4 s,所以到達(dá)第4關(guān)卡的時刻(從開始運(yùn)動計(jì)時)為T3=12.5 s,12 s <12.5 s<14 s,被擋住.
評析:本題以“闖關(guān)游戲”為背景,試題的特點(diǎn)在于情境材料與競技體育相聯(lián)系,生動、活潑、新穎,便于激發(fā)學(xué)生的求知欲望.考查勻變速直線運(yùn)動的規(guī)律,題目難度中等.
以上幾例以日常生活的小事,社會熱點(diǎn)問題,科學(xué)技術(shù)在醫(yī)學(xué)、航空航天中的應(yīng)用及體育運(yùn)動為背景,考查學(xué)生觀察能力,運(yùn)用所學(xué)知識解決實(shí)際生活中問題的能力.展現(xiàn)“生活處處皆物理,留心觀察皆學(xué)問”的特點(diǎn),試題的情境設(shè)計(jì)來源于學(xué)生熟悉或熟知的生活現(xiàn)象,讓學(xué)生真正感到物理知識的重要性.
高考物理中,情境作為承載試題的主要載體,它的設(shè)計(jì)凸顯了新穎、生動的特點(diǎn),有效地蘊(yùn)含了對學(xué)生能力和素質(zhì)的測試,適應(yīng)物理課程改革發(fā)展的要求.物理教師要關(guān)注和學(xué)習(xí),貫穿到日常的教學(xué)策略和行為中,有效地達(dá)到新課程標(biāo)準(zhǔn)、高考大綱的要求.
1 《高考復(fù)習(xí)大綱》編寫組.2015年全國新課標(biāo)高考物理考試大綱.拉薩:西藏人民出版社,2015
2 中華人民共和國教育部制訂.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn).北京:人民教育出版社,2003
*國家科技部項(xiàng)目,項(xiàng)目編號:2011DFA11780;教育廳科研項(xiàng)目,項(xiàng)目編號:NGY2013012
2015-10-14)