對2019年高考(Ⅲ)卷理綜物理第25題的評析

王賢勇

(貴州省畢節市第一中學,貴州 畢節 551700)

2019年全國高考(Ⅲ)卷理綜物理第25題整體難度非常適中,題目以物理學科素養為導向,題目設計非常具有基礎性和選拔性．3個問之間層層遞進,引導學生和教師關注教材,注重基礎、強化主干.突出考查學生運用物理規律解決問題的技能；注重對學生物理觀念、物理思維的訓練提升；很好地詮釋了考綱提出的要培養學生由“解題”向“解決問題”的轉化.

原題.靜止在水平地面上的兩小物塊A、B,質量分別為mA=1 kg,mB=4 kg,兩者之間有一壓縮的微型彈簧,A與其右側的豎直墻壁距離l=1.0 m,如圖1所示.某時刻,將其壓縮的微型彈簧釋放,使A、B瞬間分離,兩物塊獲得的動能之和為Ek=10.0 J.釋放后,A沿著與墻壁垂直的方向向右運動.A、B與地面的動摩擦因數均為μ=0.2,重力加速度取g=10 m/s2.A、B運動過程所涉及的碰撞均為彈性碰撞,且時間極短.

(1) 求彈簧釋放瞬間A、B速度的大小;

(2) 物塊A、B中哪一個先停止?該物塊停止時A與B的距離是多少?

(3)A、B都停止后,A與B的距離是多少?

圖1

1 核心素養的考查

1.1 物理觀念

物理觀念是從物理學角度形成的關于物質、運動與相互作用、能量等的基本認識,是物理概念和規律在頭腦中的提煉和升華.包含物質觀念、運動觀念、相互作用觀念、能量觀念及其應用等要素.此題考查相互作用觀和運動觀念,即A、B通過彈簧相互作用和A、B碰撞瞬間均有內力遠大于外力,滿足動量守恒;A、B各自在水平面上運動,合力為摩擦力,A、B在摩擦力作用下做勻減速運動,A碰墻雖然速度反向,但摩擦力也反向,計算時可以等效為一直做勻減速運動．可見,學生清晰地認識了力和運動的關系,就可以輕松地去找到解決問題的規律.

1.2 科學思維

科學思維是從物理學角度對客觀事物的本質屬性、內在規律及相互關系的認識方式,其關鍵詞有:建構理想模型、抽象概括、分析綜合、推理論證、質疑、批判,提出創造性見解的能力與品質.“科學思維”主要包括模型建構、科學推理、科學論證、質疑創新等要素.

首先該題考查的模型有理想模型微彈簧,微彈簧需要學生能夠建立彈簧質量不計,彈簧恢復原長時間極短,A、B物塊的位置來不及發生改變的理想過程,即彈簧瞬間把彈性勢能轉化為A、B物塊的動能,因過程短暫內力遠大于外力,所以該瞬間滿足動量守恒.其次是勻減速直線運動模型,再次是A、B碰撞的完全彈性碰撞模型．建立了模型,就找到了建立數學關系的原理.本題除了考察模型構建之外,還考查分析綜合、推理論證的能力.比如經分析B先停,B停的時候A處于什么位置,能否與B發生碰撞,如果能碰,碰后A是否反向.

要達成上述思維過程:首先把題目文字轉化為物理情境,只有把文字轉化為情境之后,才能進一步形成解題條件和要求.其次是把物理情景轉化為解題條件,解題條件有一部分是隱藏的,需要通過轉化進行挖掘.因此把文字轉化為情境對解題來說具有關鍵意義.最后是把物理條件轉化為數學條件,即給出關鍵的方程列式求解,判斷得出的結論是否合理.

小結物理觀念和科學思維導圖如圖2、圖3所示.

圖2

圖3

2 圖像法架構清晰運動過程和解答過程

圖4

由動量守恒和機械能守恒不難求出微彈簧恢復原長瞬間物塊A的速度大小為vA=4 m/s,方向向右,物塊B的速度大小vB=1 m/s,方向向左．作出A、B兩物塊運動的速速度時間圖像,其中規定向左為正方向,如圖4所示.

由圖可知,B運動0.5 s之后停,位移為

假設A一直勻減,則0.5 s時速度大小為v=3 m/s,則A的路程為

可見,A的路程大于1 m,所以A反向運動了0.75 m,此時距離出發點0.25 m,所以A、B之間的距離為0.5m.

設碰后A的速度為vA2,B的速度為vB2,根據彈性碰撞建立動量和能量守恒的關系為

mAvA1=mAvA2+mBvB2，

解得

假設A反向后一直勻減,勻減路程為則xA2,則

設B的位移為xB2,B勻減有

xA2+xB2=0.91 m.

所以A、B都停止后,A與B的距離是0.91 m.

3 啟迪

3.1 加強基礎訓練,靈活用好教材

高考復習是一項系統的工程.在復習過程中,教材是我們復習的根基,教材掌握不牢,學生基礎必然地動山搖．因為教材是專家們精心設計、篩選、實踐、反復修改、多方征求意見與建議之后提煉書寫出來的.教材具有普適性、基礎性、拓展性、創新性等特點,所以復習中必須依托教材、吃透教材、拓展教材．比如這道高考題考察的過程多,運算量大,知識點多,尤其是第3問相對復雜.但是只要我們吃透教材,就可以輕松突破這個難點．第一問和第二問考察基本概念、基本規律的應用.第三問考察彈性碰撞和動能定理

(牛頓第二定律和運動學關系),可以說是原滋原味的來自人教版選修3-5的教材第16章動量守恒定律第4節碰撞中的彈性碰撞部分.在教材中并沒有寫出動量守恒和能量守恒的表達式,但是在思考與討論部分已經有了明確的提示:碰撞過程遵從動量守恒定律,也沒有機械能的損失,于是可以列出兩個方程即可求解.而且教材還給出了求解的結論,并對結論進行了討論,分析結論的可靠性,把結果應用于幾個簡單的特例,所得的結論與常識或已有知識一致.這樣就說明了理論分析可能是正確的,否則一定錯了.教材的這種處理方法,可以有效的培養學生的科學思維能力,提升學生物理學科的核心素養.

3.2 規范試題的訓練,提升解題素養

在平時的教學和復習中,要注重對一題多思、一題多解、多題歸一的訓練,切忌搞題海戰術,切忌訓練偏題、怪題.解題要從基本原理、基本規律出發,引導學生構建基本模型,有目標的去提升學生以下的素養.這樣才能真正提升學生的物理核心素養.首先是審題素養,通過審題能構建出物理模型,找出已知條件、尤其是隱藏的已知的條件和未知條件的關系,通過審題尋找到狀態與過程的制約關系.其次是圖像素養,圖像是物理學簡潔的語言之一,審視圖像我們要從坐標系的正負與矢量的方向、物理量的大小、性質入手,然后再到圖像的斜率、截距、面積、交點、拐點等進行分析.再次是利用數學工具解決物理問題,并能對結果進行討論的素養.比如利用數學知識求極值、分析各物理量的變化、求解各物理量的大小方向等.求出結論之后,能進行檢驗、判斷、評估,得出結論的合理性和可行性.