結(jié)合實(shí)際情境 落實(shí)核心素養(yǎng)

陳信余

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》（2017版）在實(shí)施建議里提到：運(yùn)用物理知識(shí)解決實(shí)際問題能力的高低，往往取決于學(xué)生將情境與知識(shí)相聯(lián)系的水平；在物理教學(xué)中，應(yīng)讓學(xué)生獲得在實(shí)際情境中解決物理問題的大量經(jīng)驗(yàn)，形成把情境與知識(shí)相關(guān)聯(lián)的意識(shí)和能力。2018年全國高考理綜I卷充分體現(xiàn)了結(jié)合實(shí)際情境，落實(shí)核心素養(yǎng)的基本理念與思想，下面就該試卷中涉及與情境結(jié)合來落實(shí)核心素養(yǎng)的試題做一簡要的評(píng)析，并為下一屆高三復(fù)習(xí)備考提供參考和建議。

一、2018年全國高考理綜I卷評(píng)析

【例1】（14題） 高鐵列車在啟動(dòng)階段的運(yùn)動(dòng)可看作初速度為零的均加速直線運(yùn)動(dòng)，在啟動(dòng)階段列車的動(dòng)能

A. 與它所經(jīng)歷的時(shí)間成正比

B. 與它的位移成正比

C. 與它的速度成正比

D. 與它的動(dòng)量成正比

評(píng)析：本題以高鐵列車啟動(dòng)的實(shí)際情境為背景描象出物理模型——質(zhì)點(diǎn)，在知識(shí)上，對(duì)動(dòng)能表達(dá)式和勻變速直線運(yùn)動(dòng)中速度公式、位移公式的全面考查；在能力上，重點(diǎn)考查推理能力，即根據(jù)已知知識(shí)和條件，對(duì)物理問題進(jìn)行推理，得出正確結(jié)論。設(shè)加速度為a，經(jīng)歷的時(shí)間為t，通過的位移為s，由勻變速直線運(yùn)動(dòng)的知識(shí)，有：v=at、v2=2as；即動(dòng)能：Ek=ma2t2=mas。試題涉及運(yùn)動(dòng)和能量觀念，考查模型構(gòu)建和科學(xué)推理。

【例2】（15題） 如圖1，輕彈簧的下端固定在水平桌面上，上端放有物塊P，系統(tǒng)處于靜止?fàn)顟B(tài)，現(xiàn)用一豎直向上的力F作用在P上，使其向上做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，以x表示P離開靜止位置的位移，在彈簧恢復(fù)原長前，下列表示F和x之間關(guān)系的圖像可能正確的是

評(píng)析：本題是從實(shí)際情境中抽象出物理模型，對(duì)物塊在豎直方向上的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了全面考查，落實(shí)運(yùn)動(dòng)與相互作用的觀念，重點(diǎn)考查科學(xué)思維。

設(shè)彈簧的勁度系數(shù)為k，則P平衡時(shí)彈簧壓縮量為；以P為研究對(duì)象，設(shè)它的加速度為a，由牛頓第二定律可知：F+k（x）-mg=ma，整理得：F=ma+kx。能夠根據(jù)具體問題列出物理量之間的關(guān)系，進(jìn)行推導(dǎo)和求解，能用函數(shù)圖像進(jìn)行表達(dá)和分析，并根據(jù)結(jié)果得出物理結(jié)論，是一種重要的研究和分析物理問題的方法。

【例3】（18題） 如圖2，abc是豎直面內(nèi)的光滑固定軌道，ab水平，長度為2R：bc是半徑為R的四分之一的圓弧，與ab相切于b點(diǎn)。一質(zhì)量為m的小球。始終受到與重力大小相等的水平外力的作用，自a點(diǎn)處從靜止開始向右運(yùn)動(dòng)，重力加速度大小為g。小球從a點(diǎn)開始運(yùn)動(dòng)到其他軌跡最高點(diǎn)，機(jī)械能的增量為

A. 2mgR B. 4mgR C. 5mgR D. 6mgR

評(píng)析：本題小球運(yùn)動(dòng)軌跡的最高點(diǎn)不是圖2中的c點(diǎn)。根據(jù)運(yùn)動(dòng)的獨(dú)立性原理：小球離開c后在重力（mg）作用下做豎直上拋運(yùn)動(dòng)，同時(shí)在水平恒力（F=mg）的作用下向右做初速度為零勻加速直線運(yùn)動(dòng)，其軌跡是曲線。設(shè)小球在c點(diǎn)的速度為v、豎直向上運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)所經(jīng)歷的時(shí)間為t，有：v=gt；則小球在水平方向移運(yùn)動(dòng)的距離為：s=gt2；a到c，由動(dòng)能定理：mg·3R-mgR=mv2；聯(lián)立以上三式得：s=2R。發(fā)揮空間想象，把小球離開c后到運(yùn)動(dòng)到軌跡最高點(diǎn)的情境補(bǔ)完整，如圖3，則由功能原理可知，水平恒力做的功就是機(jī)械能的增量，即E=F（3R+s）=5mgR。試題通過確立小球離開c后的情境來落實(shí)物理核心素養(yǎng)。

【例4】（19題） 如圖4，兩個(gè)線圈繞在同一根鐵芯上，其中一線圈通過開關(guān)與電源連接，另一線圈與遠(yuǎn)處沿南北方向水平放置在紙面內(nèi)的直導(dǎo)線連接成回路。將一小磁針懸掛在直導(dǎo)線正上方，開關(guān)未閉合時(shí)小磁針處于靜止?fàn)顟B(tài)。下列說法正確的是

A. 開關(guān)閉合后的瞬間，小磁針的N極朝垂直紙面向里的方向轉(zhuǎn)動(dòng)

B. 開關(guān)閉合并保持一段時(shí)間后，小磁針的N極指向垂直紙面向里的方向

C. 開關(guān)閉合并保持一段時(shí)間后，小磁針的N極指向垂直紙面向外的方向

D. 開關(guān)閉合并保持一段時(shí)間再斷開后的瞬間，小磁針的N極朝垂直紙面向外的方向轉(zhuǎn)動(dòng)

評(píng)析：本題將磁場及其方向、通電直導(dǎo)線和通電螺線管周圍磁場及分布、法拉第電磁感應(yīng)定律、楞次定律等多個(gè)知識(shí)點(diǎn)與具體的實(shí)驗(yàn)情境結(jié)合起來，重點(diǎn)落實(shí)物質(zhì)觀念和科學(xué)思維兩方面的核心素養(yǎng)。根據(jù)安培定則，鐵芯上右線圈接通電源后，它引起的磁場分布如圖5所示；根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律可知，鐵芯右線圈接通電源瞬間，左線圈的磁量增大，從而產(chǎn)生感應(yīng)電流；根據(jù)楞次定律知，感應(yīng)電流方向如圖6所示，根據(jù)安培定則可以判斷通電直導(dǎo)線周圍的磁場分布如圖6所示，從而確定閉合開關(guān)后瞬間小磁針的N極朝垂直紙面向里偏轉(zhuǎn)。閉合開關(guān)后一段時(shí)間，鐵芯左線圈的磁通量沒有變化，所以不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流。同理可分析斷開開關(guān)瞬間，小磁針轉(zhuǎn)動(dòng)的方向。應(yīng)用多個(gè)知識(shí)點(diǎn)分析多個(gè)情境對(duì)象，鐵芯右線圈、左線圈、通電直導(dǎo)線、小磁針，還涉及立體空間，要有一定的空間想象能力，試題難度不算大，但通過多知識(shí)點(diǎn)應(yīng)用于不同情境下分析，很好地落實(shí)了學(xué)生的物理核心素養(yǎng)。

【例5】（20題）2017年，人類第一次直接探測到來自雙中子星合并的引力波。根據(jù)科學(xué)家們復(fù)原的過程，在兩顆中子星合并前約100 s時(shí)，它們相距約400 km，繞二者連線上的某點(diǎn)每秒轉(zhuǎn)動(dòng)12圈，將兩顆中子星都看作是質(zhì)量均勻分布的球體，由這些數(shù)據(jù)、萬有引力常量并利用牛頓力學(xué)知識(shí)，可以估算出這一時(shí)刻兩顆中子星

A. 質(zhì)量之積 B. 質(zhì)量之和

C. 速率之和 D. 各自的自轉(zhuǎn)角速度

評(píng)析：本題以探測引力波的真實(shí)情境為背景抽象出雙星模型，將文字信息轉(zhuǎn)化成圖像情境，從而找出相關(guān)的物理量，重點(diǎn)考查圓周運(yùn)動(dòng)和萬有引力定律的相關(guān)知識(shí)，涉及物理觀念、科學(xué)思維和科學(xué)責(zé)任與態(tài)度幾個(gè)方面的物理核心素養(yǎng)。

【例6】（24題） 一質(zhì)量為m的煙花彈獲得動(dòng)能E后，從地面豎直升空，當(dāng)煙花彈上升的速度為零時(shí)，彈中火藥爆炸將煙花彈炸為質(zhì)量相等的兩部分，兩部分獲得的動(dòng)能之和也為E，且均沿豎直方向運(yùn)動(dòng)。爆炸時(shí)間極短，重力加速度大小為g，不計(jì)空氣阻力和火藥的質(zhì)量，求

（1）煙花彈從地面開始上升到彈中火藥爆炸所經(jīng)過的時(shí)間；

（2）爆炸后煙花彈向上運(yùn)動(dòng)的部分距地面的最大高度。

從以上的分析可以看出，2018全國高考理綜I卷的物理試題有一半以上與具體的情境相結(jié)合，考查學(xué)生在處理物理問題時(shí)，能否把問題中的實(shí)際情境轉(zhuǎn)化成解決問題的物理情境，建立相應(yīng)的物理模型，并應(yīng)用物理觀念思考問題和應(yīng)用物理知識(shí)解決問題，這種命題方式和特點(diǎn)，要引起我們的高度重視，并在復(fù)習(xí)備考中加強(qiáng)這方面的針對(duì)訓(xùn)練。

二、2019屆高三備考復(fù)習(xí)建議

1. 回歸教材 夯實(shí)基礎(chǔ)

中學(xué)物理教材涉及到物理核心素養(yǎng)的“物理觀念”“科學(xué)思維”“科學(xué)探究”“科學(xué)態(tài)度和責(zé)任”四個(gè)方面，通過最基本的物理事實(shí)、著名科學(xué)家的故事、經(jīng)典物理實(shí)驗(yàn)的作用與地位以及物理學(xué)史上的重大發(fā)現(xiàn)，滲透最基本的物理思想和研究問題的方法；另外，善于從教材中選取素材是我國高考物理試題的一大特色。如：2017年全國高考理綜（物理）I卷有三道題分別直接取自粵教版教材的必修2、選修3-3和3-5，兩道改編于選修3-1、3-2；今年的第16題、第21題改編于教材（人教版和粵教版都有相同的內(nèi)容）選3-1第三節(jié)“點(diǎn)電荷的電場強(qiáng)度及其疊加原理”和第五節(jié)“電場強(qiáng)度與電勢差的關(guān)系”。所以，高三復(fù)習(xí)備考，尤其是第一輪復(fù)習(xí)，一定要回歸教材，要讓學(xué)生包括對(duì)文字、圖像、表格、插圖等內(nèi)容的閱讀或?yàn)g覽；對(duì)教材例題的分析與解答要認(rèn)真閱讀、反復(fù)推敲，領(lǐng)會(huì)其中的道理，掌握分析和處理物理問題的一般方法；對(duì)教材中的練習(xí)或習(xí)題，要一道道去經(jīng)歷分析、解答（書寫）的過程，積累在實(shí)際情境中解決物理問題的經(jīng)驗(yàn)，形成把情境與知識(shí)相關(guān)聯(lián)的意識(shí)和能力。通過對(duì)教材的閱讀，吸取有利于學(xué)生終身發(fā)展的必備知識(shí)。

2. 重視運(yùn)用圖形、圖像進(jìn)行表達(dá)和分析

《普通高等學(xué)校招生全國統(tǒng)一考試大綱·物理》（2018版），在“應(yīng)用數(shù)學(xué)處理物理問題的能力”中提到：能運(yùn)用幾何圖形、函數(shù)圖像進(jìn)行表達(dá)和分析。所以，畫圖形、作圖像既是應(yīng)用數(shù)學(xué)處理物理問題的方法之一，也是應(yīng)用數(shù)學(xué)處理物理問題的一種能力。2017年全國高考理科綜合（物理）I卷通過四道相關(guān)試題，突出考查了應(yīng)用矢量圖形、幾何圖形、函數(shù)圖象進(jìn)行表達(dá)和分析；2018仍然重視這方面的考查，通過三道涉矢量圖、函數(shù)圖像的試題，考查了畫圖、識(shí)圖和用圖的基本能力。如第15題，由牛頓第二定律得到：F=ma+kx，然后根據(jù)函數(shù)圖象判斷哪幅圖象；第16題，電荷之間的作用力有“同向相吸，異向相斥”的規(guī)律，根據(jù)力的平行四邊形定則和已知小球c所受庫侖力的合力的方向平衡于a、b的連線，可判斷a、b帶異種電荷，畫出c的受力矢量圖如圖9甲或乙，由和庫侖定律可求得結(jié)果；第23題通過描點(diǎn)連線（作圖）、讀數(shù)（識(shí)圖）來考查運(yùn)用圖像表達(dá)和分析的能力。

物理規(guī)律除了用數(shù)學(xué)公式表示以外，還經(jīng)常用函數(shù)圖像來表示。因?yàn)閳D像突出的優(yōu)點(diǎn)是形象直觀，也較容易直接根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)描繪出來，畫圖、識(shí)圖、辨圖、用圖和作圖是解決物理問題的重要能力之一。在近幾年全國高考物理試題中有關(guān)物理圖象的問題頻頻出現(xiàn)，物理圖象是處理物理問題的一個(gè)基本方法，也是應(yīng)用數(shù)學(xué)處理物理問題能力的重要體現(xiàn)，這要引起我們的高度重視并加強(qiáng)相應(yīng)的訓(xùn)練。

3. 加強(qiáng)知識(shí)與情境相聯(lián)系的針對(duì)訓(xùn)練

近年全國高考物理試題，特別注重將物理知識(shí)與真實(shí)具體情境聯(lián)系起來，落實(shí)物理核心素養(yǎng)的四個(gè)方面，考查學(xué)生綜合分析能力。這類試題可以是選擇題、填空題、計(jì)算題、實(shí)驗(yàn)題等不同的題型。在復(fù)習(xí)備考中要加強(qiáng)知識(shí)與情境相聯(lián)系的針對(duì)訓(xùn)練。下面再舉一道相關(guān)的例題進(jìn)行分析，一方面認(rèn)識(shí)到這類試題的重要性；另一方面，掌握處理這類問題的基本思路和一般方法。

【例7】（2011年全國I卷第19題） 衛(wèi)星電話信號(hào)需要通過地球同步衛(wèi)星傳送。如果你與同學(xué)在地面上用衛(wèi)星電話通話，則從你發(fā)出信號(hào)至對(duì)方接收到信號(hào)所需最短時(shí)間最接近于（可能用到的數(shù)據(jù)：月球繞地球運(yùn)動(dòng)的軌道半徑約為3.8×105km，運(yùn)行周期約為27天，地球半徑約為6400km，無線電信號(hào)的傳播速度為3×108m/s）

A. 0.1s B. 0.25s C. 0.5s D. 1s

評(píng)析：這是一道與日常生活緊密聯(lián)系的試題，估算地面上兩人通過衛(wèi)星通話從發(fā)出信號(hào)到接收到信號(hào)的時(shí)間是一個(gè)實(shí)際的問題。為了確定選用什么公式（函數(shù)）進(jìn)行估算，必須了解通話信號(hào)發(fā)送與接收的過程，即要把衛(wèi)星電話通話的大致情境（過程示意圖）弄清楚，從而找到對(duì)應(yīng)的物理量；要弄清楚情境，就必須將文字信息轉(zhuǎn)換成圖像信息。

依題中的文字信息可知：地球同步衛(wèi)星和地球赤道在同一平面內(nèi)，從而將地球赤道和同步衛(wèi)星畫成以地心為圓心的同心圓，衛(wèi)星電話通話的情境大致如圖11，①為地面信號(hào)到同步衛(wèi)星，②為信號(hào)經(jīng)反射回到地面。近似處理，認(rèn)為信號(hào)在同步衛(wèi)星來回的路程約等于衛(wèi)星距地面高度的兩倍，所以，信號(hào)從發(fā)出到接收的時(shí)間為：t=，結(jié)合圖像可知：h=r1-R，r1是同步衛(wèi)星繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)的軌道半徑，R是地球的半徑。求衛(wèi)星距地面的高度h，必須求出同步衛(wèi)星繞地面運(yùn)轉(zhuǎn)的軌道半徑r1。

此題雖然是一道選擇題，但要正確對(duì)選項(xiàng)做出判斷，仍然要將真實(shí)情境抽象出物理模型，經(jīng)歷將文字信息轉(zhuǎn)換成圖像信息、再從圖像信息中獲取處理問題所需要的物理知識(shí)（幾何關(guān)系、公式或規(guī)律）、結(jié)合萬有引力定律和一些基本事實(shí)（地球自轉(zhuǎn)一圈的時(shí)間為1天）進(jìn)行論證和推理這樣一個(gè)完整的思維過程及其思維過程的不同表達(dá)方式（文字、圖像和函數(shù)）。所以，要結(jié)合文字描述，抽象模型，教會(huì)學(xué)生如何正確畫出同心圓，將文字表達(dá)轉(zhuǎn)化成圖形表達(dá)。從幾何圖形上確定相關(guān)物理量，選擇物理規(guī)律進(jìn)行推導(dǎo)和論證，完成從圖象到函數(shù)表達(dá)的轉(zhuǎn)化。

加強(qiáng)知識(shí)與情境相聯(lián)系的針對(duì)訓(xùn)練，事實(shí)上就是重視推理能力培養(yǎng)，針對(duì)文字、圖像和函數(shù)三種表達(dá)式方式之間的轉(zhuǎn)換進(jìn)行訓(xùn)練，看到文字能構(gòu)想出情境，看到情境能找到隱含的物理量，對(duì)照函數(shù)表達(dá)式能解釋或說明各物理量的意義。

責(zé)任編輯 李平安