2022年山東高考物理試題中關(guān)鍵能力的考查研究

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”到“考能力”的轉(zhuǎn)化，進(jìn)一步落實《中國高考評價體系》中的考查內(nèi)容?！吨袊呖荚u價體系》明確指出，高考考查內(nèi)容包含四個方面：核心價值、學(xué)科素養(yǎng)、關(guān)鍵能力、必備知識[1]。高中物理學(xué)科的關(guān)鍵能力，包含以下五個方面：理解能力、推理論證能力、模型建構(gòu)能力、實驗探究能力、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，落實物理學(xué)科關(guān)鍵能力的考查。

近年來，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象，評析高考試題如何在5種關(guān)鍵能力上進(jìn)行考查，以期深入認(rèn)識高考對關(guān)鍵能力考查的命題特色與趨勢，為教師教學(xué)和備考提供建議。高考試題每一個題目，并不是單獨考查某一種關(guān)鍵能力，而往往考查多種關(guān)鍵能力；同時，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。本研究每一種關(guān)鍵能力借助一個典型試題進(jìn)行剖析。

2 高考對理解能力的考查

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

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

圖1 原題配圖

評析：高考每個試題都會考查學(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、方法等便無法正確使用。

3 高考對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、物理知識，通過分析、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）無人配送小車某次性能測試路徑如圖2所示，半徑為3 m的半圓弧BC與長8 m的直線路徑AB相切于B點，與半徑為4 m的半圓弧CD相切于C點。小車以最大速度從A點駛?cè)肼窂?，到適當(dāng)位置調(diào)整速率運動到B點，然后保持速率不變依次經(jīng)過BC和CD。為保證安全，小車速率最大為4 m/s。在ABC段的加速度最大為2 m/s2，CD段的加速度最大為1 m/s2。小車視為質(zhì)點，小車從A到D所需最短時間t及在AB段做勻速直線運動的最長距離l為（ ）

圖2 原題配圖

評析：推理能力是敏銳地思考分析、快捷反應(yīng)、迅速地掌握問題的核心，在最短時間內(nèi)作出合理正確的選擇。本題所需物理知識較為簡單，但是題目中無人配送小車的運動過程較多，題目解答起來非常繁瑣。所以，解答本題的關(guān)鍵不是物理知識和方法，而是要迅速作出反應(yīng)，按部就班地進(jìn)行分析、推理、運算。本題過程復(fù)雜，沒有簡單的解題方法，如果尋找捷徑，則會浪費時間，且徒勞無功。

推理論證能力的培養(yǎng)需要學(xué)生在安靜環(huán)境下進(jìn)行長時間獨立思考、獨立分析，通過紙筆運算、畫圖等方式，才能嚴(yán)謹(jǐn)?shù)氐贸龃鸢浮?/p>

4 高考對模型建構(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，并通過類比、想象等方法建構(gòu)其結(jié)構(gòu)、關(guān)系等物理模型，并能用物理語言進(jìn)行描述，在實際問題中能運用物理模型解決問題的能力[3]。

圖3 原題附圖

（1）當(dāng)離子甲從A點出射速度為v0時，求電場強(qiáng)度的大小E；

（2）若使離子甲進(jìn)入磁場后始終在磁場中運動，求進(jìn)入磁場時的最大速度vm；

解析（1）如圖4所示：

圖4 離子甲在電場中的運動分析

將離子甲從A點出射速度為v0分解到沿y軸方向和z軸方向，離子受到電場力沿y軸負(fù)方向，可知離子沿z軸方向做勻速直線運動，沿y軸方向做勻減速直線運動，從A到O的過程，有

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

圖5 離子進(jìn)入磁場后運動分析

由洛倫茲力提供向心力可得

為了使離子在磁場中運動，則離子在磁場I中運動時，不能從磁場I上方穿出。在磁場II中運動時，不能從xOz平面穿出，則離子在磁場中運動的軌跡半徑需滿足

要使離子甲進(jìn)入磁場后始終在磁場中運動，進(jìn)入磁場時的最大速度為。

離子在磁場II中的軌跡半徑為

離子從O點第一次穿過到第四次穿過xOy平面的運動情景，如圖6所示。

圖6 離子甲在磁場中運動軌跡分析

離子第四次穿過xOy平面的x坐標(biāo)為

x4＝2r2′sin45°＝d

離子第四次穿過xOy平面的y坐標(biāo)為

y4＝2r′1＝d

故離子第四次穿過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、乙動能相同，可得

可得

離子甲、乙在磁場I中的軌跡半徑分別為

離子甲、乙在磁場II中的軌跡半徑分別為

根據(jù)幾何關(guān)系可知離子甲、乙運動軌跡第一個交點在離子乙第一次穿過x軸的位置，如圖7所示。

圖7 離子甲、乙在磁場中運動軌跡分析

從O點進(jìn)入磁場到第一個交點的過程，有

可得離子甲、乙到達(dá)它們運動軌跡第一個交點的時間差為

評析：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“人造太陽”為背景進(jìn)行命題，考查學(xué)生的模型建構(gòu)能力，且對學(xué)生將來進(jìn)行科學(xué)探究或從事科學(xué)或工程實踐有引導(dǎo)作用。

本題涉及的模型主要是過程模型，過程模型是對具體物理過程純粹化、理想化的抽象。本題中的過程模型包含勻速直線運動、勻變速直線運動、勻速圓周運動等，幾種過程模型相組合，無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)會建構(gòu)物理模型解決問題，而不是熟悉解題套路解答問題。

5 高考對實驗探究能力的考查

實驗探究能力指的是能獨立完成基本的學(xué)生實驗，能針對具體探究的問題，根據(jù)已有條件制訂實驗探究方案，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)形成合理結(jié)論并作出科學(xué)解釋和評價的能力[3]。

例4（2022年山東高考物理第14題）某同學(xué)利用實驗室現(xiàn)有器材，設(shè)計了一個測量電阻阻值的實驗。實驗器材：

干電池E（電動勢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）；

滑動變阻器R（最大阻值為100 Ω）；

待測電阻Rx；

開關(guān)S，導(dǎo)線若干。

測量電路如圖8所示。

圖8 原題附圖

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

（2）斷開開關(guān)，保持滑片的位置不變。用Rx替換R0，閉合開關(guān)后，電流表指針指在滿刻度的處，則Rx的測量值為________Ω。

（3）本實驗中未考慮電池內(nèi)阻，對Rx的測量值 _________（填“有”或“無”）影響。

評析：高考通過實驗題來考查考生的實驗探究能力。本題中，測量電阻阻值的實驗是基本學(xué)生實驗，要求學(xué)生選擇合理的實驗器材，并依據(jù)已有條件制訂實驗方案，得出實驗數(shù)據(jù)，并對實驗數(shù)據(jù)作出科學(xué)解釋和評價。

解答本題的關(guān)鍵是依據(jù)實驗方案，弄清楚實驗原理，否則就無法正確解析第（2）問和第（3）問。測量電阻阻值的實驗雖是常規(guī)實驗，但是學(xué)生無法通過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)生的實驗探究能力，而不是讓學(xué)生死記硬背實驗?zāi)康摹⒃?、器材、步驟、結(jié)論等。

6 高考對創(chuàng)新能力的考查

創(chuàng)新能力指的是在已有經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，通過自主學(xué)習(xí)和獨立思考，發(fā)現(xiàn)新問題、獲取新知識、創(chuàng)造新方法、解決新問題的能力[3]。新高考之后，物理學(xué)科的創(chuàng)新能力主要通過實驗題來考查學(xué)生。

例5（2022年山東高考物理第13題）在天宮課堂中，我國航天員演示了利用牛頓第二定律測量物體質(zhì)量的實驗。受此啟發(fā)，某同學(xué)利用氣墊導(dǎo)軌、力傳感器、無線加速度傳感器、輕彈簧和待測物體等器材設(shè)計了測量物體質(zhì)量的實驗，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。彈簧處于原長時滑塊左端位于O點。A點到O點的距離為5.00 cm，拉動滑塊使其左端處于A點，由靜止釋放并開始計時；

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

回答以下問題（結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字）：

（1）彈簧的勁度系數(shù)為_____N/m。

（2）該同學(xué)從圖乙中提取某些時刻F與a的數(shù)據(jù)，畫出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_______kg。

圖 10 F-t、a-t、a-F 圖像

（3）該同學(xué)在滑塊上增加待測物體，重復(fù)上述實驗步驟，在圖丙中畫出新的a-F圖像Ⅱ，則待測物體的質(zhì)量為________kg。

評析：實驗創(chuàng)新的方法有多種，如實驗原理創(chuàng)新、實驗器材創(chuàng)新、數(shù)據(jù)處理方法創(chuàng)新等方式，一個創(chuàng)新實驗往往需要多種創(chuàng)新。利用牛頓第二定律測量物體質(zhì)量的實驗并不是課程標(biāo)準(zhǔn)中要求的實驗。實驗室測量質(zhì)量常使用天平，而本題使用牛頓第二定律來測量，這屬于實驗原理創(chuàng)新。本實驗中采用了力傳感器和計算機(jī)，屬于實驗器材創(chuàng)新。本實驗畫出a-F圖像，讓考生通過圖像得出質(zhì)量，屬于數(shù)據(jù)處理創(chuàng)新。

近三年山東高考物理試題，實驗題均為兩個，其中有一個是課程標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的實驗之外的實驗，高考借助這類實驗題來考查學(xué)生的創(chuàng)新能力。我們無法預(yù)測未來的山東高考物理卷考查何種創(chuàng)新實驗，但無論如何創(chuàng)新，題目涉及的知識均為高考物理所要求的知識。教師在教學(xué)中有意識地培養(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)對此類題目。

7 結(jié)語

高考結(jié)束后，學(xué)生戲言“老師教了的都沒考，高考考的都沒學(xué)”。這在一定程度上反映出，在新高考背景下，很多教師沒有轉(zhuǎn)變思想，在教學(xué)中想方設(shè)法讓學(xué)生多學(xué)會幾道題目，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)生在高考中覺得“高中三年物理白學(xué)了”。