經(jīng)典試題對物理核心素養(yǎng)考查的方法與啟示
——以2013年全國1卷壓軸題為例

蔣金團

(云南省保山市施甸縣第一中學 678200)

在這個科學技術(shù)日新月異的時代，知識量成倍增長，學科交叉日益繁雜，只有“博而精”的人才才能適應(yīng)科技快速發(fā)展的態(tài)勢，在未來世界占有一席之地，但任何人都不可能在學校里學完所有知識.因此在學校教育中，特別是學科教學中，必須優(yōu)先選擇那些有利于終身發(fā)展的基本的知識作為培養(yǎng)學生核心素養(yǎng)的載體.

物理學科的核心素養(yǎng)主要有物理觀念與應(yīng)用、科學思維與創(chuàng)新、科學探究與思維、科學態(tài)度與責任四個方面.

物理觀念與應(yīng)用:從物理學角度形成的關(guān)于物質(zhì)、運動與相互作用、能量等的基本認識，是物理概念和規(guī)律等在頭腦中的提煉和升華.“物理觀念“包括物質(zhì)觀,運動觀、相互作用觀、動量觀、能量觀等要素.

科學思維與創(chuàng)新:從物理學角度對客觀世界的本質(zhì)屬性、客觀規(guī)律及相互聯(lián)系的認識方式, 是基于事實建構(gòu)理想模型的概括過程，是分析綜合、邏輯推理等物理思維方法的內(nèi)化，是基于經(jīng)驗事實和邏輯推理對不同觀點提出質(zhì)疑批判，進而提出創(chuàng)造性觀點的能力與品質(zhì).“科學思維”主要包括科學推理、科學論證，質(zhì)疑創(chuàng)新等要素.

科學探究與思維:提出物理問題,形成猜想和假設(shè),獲取和處理信息，基于證據(jù)得出結(jié)論并做出解釋,以及對實驗探究過程和結(jié)果進行交流、評估、反思的能力.

科學態(tài)度與責任:對科學研究應(yīng)要遵循實事求是的態(tài)度，通過物理教學必須讓學生深刻領(lǐng)悟到物理學發(fā)展過程中表現(xiàn)出來的尊重事實、實事求是的科學探究態(tài)度，并能在工作和學習中堅持做到實事求是.

一、試題解答過程中涉及的物理核心

如圖1所示，兩條平行導(dǎo)軌所在平面與水平地面的夾角為θ，間距為L.導(dǎo)軌上端接有一平行板電容器，電容為C.導(dǎo)軌處于勻強磁場中，磁感應(yīng)強度大小為B，方向垂直于導(dǎo)軌平面.在導(dǎo)軌上放置一質(zhì)量為m的金屬棒，棒可沿導(dǎo)軌下滑，且在下滑過程中保持與導(dǎo)軌垂直并良好接觸.已知金屬棒與導(dǎo)軌之間的動摩擦因數(shù)為μ，重力加速度大小為g.忽略所有電阻.讓金屬棒從導(dǎo)軌上端由靜止開始下滑，求：

(1)電容器極板上積累的電荷量與金屬棒速度大小的關(guān)系；

(2)金屬棒的速度大小隨時間變化的關(guān)系

解法一運用微元法求解

(1)設(shè)金屬棒下滑的速度大小為v，則感應(yīng)電動勢為E=BLv①

平行板電容器兩極板之間的電勢差為U=E②

設(shè)此時電容器極板上積累的電荷量為Q，按定義有

聯(lián)立①②③式得Q=CBLv④

(2)設(shè)金屬棒的速度大小為v時經(jīng)歷的時間為t，通過金屬棒的電流為i，金屬棒受到的磁場的作用力方向沿導(dǎo)軌向上，大小為f1=BLi⑤

ΔQ也是平行板電容器極板在時間間隔(t,t+Δt)內(nèi)增加的電荷量,由④式得ΔQ=CBLΔv⑦

式中，Δv為金屬棒的速度變化量.按定義是

金屬棒所受到的摩擦力方向斜向上，大小為

f2=μFN⑨

式中，F(xiàn)N是金屬棒對于導(dǎo)軌的正壓力的大小，有

FN=mgcosθ⑩

金屬棒在時刻t的加速度方向沿斜面向下，根據(jù)牛頓第二定律有mgsinθ-f1-f2=ma

解法二運用能量守恒定律求解

(1)第一問同解法一.

(2)先用面積法推導(dǎo)一下電容器的電場能公式.

電源給電容器的充電過程可以等效為將電荷逐個從原本中性的兩極板中的一個極板移到另一個極板的過程，在移動過程中克服電場力做功，電源的電能轉(zhuǎn)化為電容器的電場能.實驗表明：電容器兩極板間的電壓與電容器所帶電量關(guān)系如圖2所示.

設(shè)金屬棒下滑的距離為X時，其速度為v，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，電動勢E=BLv

此時電容器儲存的電場能

導(dǎo)體棒下滑時，減少的重力勢能一部分 轉(zhuǎn)化為摩擦生熱，一部份轉(zhuǎn)化為動能，還有一部分轉(zhuǎn)化為電容器的電場能，由能量守恒定律得

把該式和勻變速直線運動的規(guī)律v2=2ax比較可知

所以t時刻金屬棒的速度大小為

解法三運用動量觀點求解

(1)第一問同解法一.

(2)設(shè)金屬棒的速度大小為v時經(jīng)歷的時間為t，

感應(yīng)電荷量q=CU=CBLv

對導(dǎo)體棒列動量定理：

mgsinθt-μmgcosθt-I安=mv

聯(lián)立各式解得

二、學生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)

從以上的解答可以看出來，無論是采用微元法、能量守恒法還是動量定理法，都要求學生具有較高的推理能力、遷移能力和變通能力，學生只有具備過硬的核心素養(yǎng)，才能在考場上游刃有余，從容不迫的應(yīng)對.筆者認為培養(yǎng)高中生的核心素養(yǎng)，應(yīng)做到以下幾點.

1.讓學生構(gòu)建物理知識體系，理解概念、規(guī)律的內(nèi)涵和外延.

物理教學中，應(yīng)注重對基本概念、基本思想、基本規(guī)律的理解和掌握，對一些核心的概念規(guī)律和方法要采用“循序漸進”、“追根究底”的教學策略，不但將它們貫穿于三年高中物理教學，還要幫助學生了解他們的來龍去脈，讓學生體驗概念的形成過程.通過創(chuàng)造“身臨其境”的環(huán)境讓學生充分理解這些概念的內(nèi)涵和外延，領(lǐng)悟規(guī)律發(fā)現(xiàn)過程中所用的巧妙方法；讓學生重走科學家的探尋之路，感受科學家探究規(guī)律過程中表現(xiàn)出來的恒心與毅力，并將這些優(yōu)秀品質(zhì)內(nèi)化為自身的一部分.

2.滲透思想方法，加強科學方法教育

物理學科中有豐富多彩的思想方法，只有掌握它們，才能對客觀事物的本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律及相互聯(lián)系認識清楚，進而提出創(chuàng)造性的見解.如理想模型法、比值定義法、微元法、面積法、等效替代法、分解法、面積法、整體法、假設(shè)法等等，應(yīng)將這些方法滲透在平時的教學中，內(nèi)化為學生自己的方法，成為學生科學思維的重要組成部分.

3.多方位培養(yǎng)學生學習物理的興趣

興趣是最好的老師，一旦學生對學習有了興趣，學習就不是他們的負擔，而成為他們的責任.教學中可以從以下幾方面入手：多鼓勵學生利用生活中的物品自制教具，對創(chuàng)新實驗進行表揚；周末開放物理實驗室，讓學生有條件設(shè)計和驗證自己的猜想；教師將自己對物理興趣的正能量傳遞給學生；讓學生在物理學習中獲得成功體驗等等.

物理教學最本質(zhì)、最核心的追求是培養(yǎng)學生物理核心素養(yǎng)，對物理核心素養(yǎng)的認識及對學生物理核心素養(yǎng)的培養(yǎng)策略，是一個不斷深入的過程，我們必須不斷地探索、思考、實踐.