立足課程標準 明確素養考查
——2019年全國高考新課標Ⅰ卷物理解答題評析

張 超

(廣東省佛山市順德區均安中學 528329)

一、前言

基于《普通高中課程方案和學科課程標準(2017年版)》與2019年全國高考新課標Ⅰ卷物理試題對照，不難發現——物理課程標準與物理學科核心素養已成為高中物理教學和考試命題的重要標準和參考.依據課標準確定位教學，深度提升學生物理學科素養是物理教學的核心目標.作為高中物理一線教師，應對高考命題形勢，在加強研究《考試大綱》和《考試說明》的基礎上，更應深入研究高考物理命題規律，更應回歸“課標”原點.立足課程標準，明確素養考查，進而準確把握物理學科教學和備考的方向.

在上一期的文章中，筆者針對2019年全國Ⅰ卷物理選擇題進行了評析，題目難度穩中有降，能嚴格遵循《考試大綱》的要求，以高考評價體系為框架，突出考主干、考能力、考素養，重思維、重應用、重創新，重視真實問題情境的設置，考查學生運用所學物理知識解決問題的能力，引導學生能力培養和綜合素養的提升.本文，筆者將從課程標準和素養立意出發，剖析2019年全國Ⅰ卷物理解答題部分.

二、試題評析

立足課程標準，深入研究高考物理命題規律，明確素養考查及其水平層次，對高中教學的開展有著極其重要和積極的指導意義.以下基于自身理論學習和教學實踐研究，評析2019年全國高考新課標Ⅰ卷物理解答題，總結命題規律，以供參考與探討.

9.某小組利用打點計時器對物塊沿傾斜的長木板加速下滑時的運動進行探究.物塊拖動紙帶下滑，打出的紙帶一部分如圖1所示.已知打點計時器所用交流電的頻率為50Hz，紙帶上標出的每兩個相鄰點之間還有4個打出的點未畫出.在A、B、C、D、E五個點中，打點計時器最先打出的是__點.在打出C點時物塊的速度大小為__m/s(保留3位有效數字)；物塊下滑的加速度大小為__m/s2(保留2位有效數字).

圖1

題號題目求解思路素養要素素養類型水平劃分9物塊加速下滑,在相等時間內的位移越來越大,根據圖線紙帶判斷先打哪個點;做勻變速直線運動的物體在某段時間內的平均速度等于中間時刻的瞬時速度,據此求出打C點時的速度;應用勻變速直線運動的推論Δx=at2可以求出加速度.具有物理觀念,能應用物理知識解決實際問題.能根據已有的科學探究方案,使用基本的器材獲得數據;能對數據進行整理,得到初步的結論.物理觀念科學探究水平3水平2答案A 0.233 0.75課標鏈接“勻變速直線運動的規律,能運用其解決實際問題”題目點評本題考查了實驗數據處理,知道物塊的運動性質是解題的前提,應用勻變速直線運動的推論即可解題,要注意基礎知識的學習與積累.

10.某同學要將一量程為250μA的微安表改裝為量程為20mA的電流表.該同學測得微安表內阻為1200Ω，經計算后將一阻值為R的電阻與該微安表連接，進行改裝.然后利用一標準毫安表，根據圖2(a)所示電路對改裝后的電表進行檢測(虛線框內是改裝后的電表).

(1)根據圖(a)和題給條件，將圖(b)中的實物連線.

(2)當標準毫安表的示數為16.0mA時，微安表的指針位置如圖(c)所示.由此可以推測出所改裝的電表量程不是預期值，而是____.(填正確答案標號)

A.18mA B.21mA C.25mA D.28mA

(3)產生上述問題的原因可能是____.(填正確答案標號)

A.微安表內阻測量錯誤，實際內阻大于1200Ω

B.微安表內阻測量錯誤，實際內阻小于1200Ω

C.R值計算錯誤，接入的電阻偏小

D.R值計算錯誤，接入的電阻偏大

(4)要達到預期目的，無論測得的內阻值是否正確，都不必重新測量，只需要將阻值為R的電阻換為一個阻值為kR的電阻即可，其中k=____.

題號題目求解思路素養要素素養類型水平劃分10(1)根據電路圖連接實物電路圖.具有物理觀念,能應用物理知識解決實際問題.物理觀念水平310(2)根據微安表量程與圖c()所示表盤確定其分度值,根據指針位置讀出其示數,然后根據電流表改裝原理求出改裝后電流表的量程.能分析相關事實或結論,提出并準確表述可探究的物理問題,作出有依據的假設;科學探究水平410(3)把微安表改裝成大量程的電流表需要并聯分流電阻,根據題意與改裝原理分析實驗誤差.能分析相關事實或結論,提出并準確表述可探究的物理問題,作出有依據的假設;科學探究水平410(4)根據電流表的改裝原理與題意求出并聯電阻阻值.能用多種方法分析數據,發現規律,形成合理的結論科學探究水平5答案(1)略;(2)C;(3)AC;(4)9979課標鏈接“了解串、并聯電路電阻的特點.理解閉合電路歐姆定律.”題目點評本題考查了電流表的改裝問題,把微安表改裝成大量程的電流表需要并聯分流電阻,應用并聯電路特點與歐姆定律可以求出并聯電阻阻值,掌握基礎知識是解題的前提與關鍵,根據題意應用基礎知識即可解題.

圖3

11.如圖3所示，在直角三角形OPN區域內存在勻強磁場，磁感應強度大小為B、方向垂直于紙面向外.一帶正電的粒子從靜止開始經電壓U加速后，沿平行于x軸的方向射入磁場；一段時間后，該粒子在OP邊上某點以垂直于x軸的方向射出.已知O點為坐標原點，N點在y軸上，OP與x軸的夾角為30°，粒子進入磁場的入射點與離開磁場的出射點之間的距離為d，不計重力.

求:

(1)帶電粒子的比荷；

(2)帶電粒子從射入磁場到運動至x軸的時間.

題號題目求解思路素養要素素養類型水平劃分11(1)對粒子在加速電場中的運動運用動能定理,粒子在磁場中做勻速圓周運動,利用洛倫茲力提供向心力結合幾何關系,聯立即可求出帶電粒子的比荷;具有物理觀念,能應用物理知識解決實際問題.物理觀念水平3能在熟悉的問題情境中根據需要選用恰當模型解決簡單的物理問題.科學思維水平311(2)根據幾何關系求解出粒子射入磁場后運動到x軸所經過的路程s,再利用公式t=sv即可求出帶電粒子從射入磁場到運動至x軸的時間.具有清晰的物理觀念,能綜合應用物理知識解決實際問題.物理觀念水平4能在熟悉的問題情境中根據需要選用恰當模型解決簡單的物理問題.科學思維水平3答案1()帶電粒子的比荷為4UB2d2;2()帶電粒子從射入磁場到運動至x軸的時間為Bd24U(π2+33).課標鏈接“能分析帶電粒子在電場中的運動情況,能解釋相關的物理現象.”“能用洛倫茲力分析帶電粒子在勻強磁場中的圓周運動.”題目點評本題考查帶電粒子在復合場中運動,粒子在加速場中的運動運用動能定理求解,粒子在磁場中的運動運用洛倫茲力提供向心力結合幾何關系求解,解題關鍵是要作出軌跡圖,正確運用數學幾何關系.

12.豎直面內一傾斜軌道與一足夠長的水平軌道通過一小段光滑圓弧平滑連接，小物塊B靜止于水平軌道的最左端，如圖4(a)所示.t=0時刻，小物塊A在傾斜軌道上從靜止開始下滑，一段時間后與B發生彈性碰撞(碰撞時間極短)；當A返回到傾斜軌道上的P點(圖中未標出)時，速度減為0，此時對其施加一外力，使其在傾斜軌道上保持靜止.物塊A運動的v-t圖象如圖4(b)所示，圖中的v1和t1均為未知量.已知A的質量為m，初始時A與B的高度差為H，重力加速度大小為g，不計空氣阻力.

(1)求物塊B的質量；

(2)在圖4(b)所描述的整個運動過程中，求物塊A克服摩擦力所做的功；

(3)已知兩物塊與軌道間的動摩擦因數均相等.在物塊B停止運動后，改變物塊與軌道間的動摩擦因數，然后將A從P點釋放，一段時間后A剛好能與B再次碰上.求改變前后動摩擦因數的比值.

題號題目求解思路素養要素素養類型水平劃分12(1)根據動量守恒定律和能量關系列方程求解;具有物理觀念,能應用物理知識解決實際問題.物理觀念水平3能在熟悉的問題情境中根據需要選用恰當模型解決簡單的物理問題.科學思維水平312(2)對A下滑過程中和上滑過程中根據動能定理列方程,從圖b()給出的圖象可得A上升的高度與H的關系,根據功的計算公式求解物塊A在整個過程中克服摩擦力做的功;具有清晰的物理觀念,能綜合應用物理知識解決實際問題.物理觀念水平4能將實際問題中的過程換成物理模型;能對綜合性物理問題進行分析和推理,獲得結論并作出解釋;科學思維水平412(3)設根據動能定理求解B在水平軌道上能夠滑行的距離,物塊與軌道間的動摩擦因數在改變后,根據動能定理求解A滑行的距離,然后求出改變前后動摩擦因數的比值.具有清晰、系統的物理觀念,能靈活應用所學的物理知識解決實際問題.物理觀念水平5能將較復雜的實際問題中的對象和過程轉換成物理模型;能在新的情境中對綜合性物理問題進行分析和推理,獲得正確結論并作出解釋.科學思維水平5答案1()物塊B的質量為3m;2()在圖4b()所描述的整個運動過程中,物塊A克服摩擦力所做的功為215mgH;3()改變前后動摩擦因數的比值為11/9.課標鏈接“理解動量定理和動量守恒定律,能用其解釋生產生活中的有關現象.”“理解動能和動能定理.能用動能定理解釋生產生活中的現象.”題目點評本題的核心考查點是動能定理;運用動能定理解題時,首先要選取研究過程,然后分析在這個運動過程中哪些力做正功、哪些力做負功,初末動能為多少,根據動能定理列方程解答;動能定理的優點在于適用任何運動包括曲線運動;一個題目可能需要選擇不同的過程多次運用動能定理研究,也可以全過程根據動能定理解答.

13.某容器中的空氣被光滑活塞封住，容器和活塞絕熱性能良好，空氣可視為理想氣體.初始時容器中空氣的溫度與外界相同，壓強大于外界.現使活塞緩慢移動，直至容器中的空氣壓強與外界相同.此時，容器中空氣的溫度____(填“高于”“低于”或“等于”)外界溫度，容器中空氣的密度____(填“大于”“小于”或“等于”)外界空氣的密度.

題號題目求解思路素養要素素養類型水平劃分13根據熱力學第一定律分析封閉氣體的內能;根據壓強的微觀意義分析空氣的密度.具有物理觀念,能應用物理知識解決實際問題.物理觀念水平3能對常見的物理現象進行分析和推理,獲得結論并作出解釋.科學思維水平3答案低于 大于課標鏈接“了解氣體實驗定律.知道理想氣體模型.能用分子動理論和統計觀點解釋氣體壓強和氣體實驗定律.”“知道熱力學第一定律.”題目點評本題主要考查熱力學第一定律和壓強的微觀解釋,注意溫度是理想氣體內能的標志,對一定質量的理想氣體內能只與溫度有關.

14.熱等靜壓設備廣泛應用于材料加工中.該設備工作時，先在室溫下把惰性氣體用壓縮機壓入到一個預抽真空的爐腔中，然后爐腔升溫，利用高溫高氣壓環境對放入爐腔中的材料加工處理，改善其性能.一臺熱等靜壓設備的爐腔中某次放入固體材料后剩余的容積為0.13m3，爐腔抽真空后，在室溫下用壓縮機將10瓶氬氣壓入到爐腔中.已知每瓶氬氣的容積為3.2×10-2m3，使用前瓶中氣體壓強為1.5×107Pa，使用后瓶中剩余氣體壓強為2.0×106Pa；室溫溫度為27℃.氬氣可視為理想氣體.

(1)求壓入氬氣后爐腔中氣體在室溫下的壓強；

(2)將壓入氬氣后的爐腔加熱到1227℃，求此時爐腔中氣體的壓強.

題號題目求解思路素養要素素養類型水平劃分14(1)以瓶中氣體為研究對象,使用前后瓶中氣體發生等溫變化,根據玻意耳定律即可求出使用后的總體積;再對10瓶中壓入爐腔內的氣體分析,根據玻意耳定律即可求出爐腔中氣體的壓強.氣體發生等溫變化,根據題意求出氣體初末狀態的狀態參量,然后應用玻意耳定律求出氣體的壓強.具有物理觀念,能應用物理知識解決實際問題.物理觀念水平3能對常見的物理現象進行分析和推理,獲得結論并作出解釋.科學思維水平314(2)爐內氣體體積不變,氣體發生等容變化,根據題意求出氣體狀態參量,應用查理定律可以求出爐腔內氣體的壓強.具有清晰的物理觀念,能綜合應用物理知識解決實際問題.物理觀念水平4能對綜合性物理問題進行分析和推理,獲得結論并作出解釋.科學思維水平4答案(1)壓入氬氣后爐腔中氣體在室溫下的壓強為3.2×107Pa;(2)將壓入氬氣后的爐腔加熱到1227℃,此時爐腔中氣體的壓強為1.6×108Pa.課標鏈接“了解氣體實驗定律.知道理想氣體模型.能用分子動理論和統計觀點解釋氣體壓強和氣體實驗定律.”題目點評本題考查了氣體狀態方程的應用,根據題意分析清楚氣體狀態變化過程、求出氣體狀態參量是解題的前提與關鍵,應用玻意耳定律與查理定律可以解題.

圖5

A. 質點Q的振動圖象與圖5(b)相同

B. 在t=0時刻，質點P的速率比質點Q的大

C. 在t=0時刻，質點P的加速度的大小比質點Q的大

D. 平衡位置在坐標原點的質點的振動圖象如圖5(b)所示

E. 在t=0時刻，質點P與其平衡位置的距離比質點Q的大

題號題目求解思路素養要素素養類型水平劃分15根據波的傳播方向確定Q點在t=T/2時刻的振動方向,與振動圖象上在t=T/2時刻質點的振動方向比較,確定是哪個質點的振動圖象.在波動圖象上,根據位移大小研究加速度和速度的大小關系.具有物理觀念,能應用物理知識解決實際問題.物理觀念水平3能對已有結論提出有依據的質疑,采用不同方式分析解決物理問題.科學思維水平4答案CDE課標鏈接“能用公式和圖像描述簡諧運動.”“能用圖像描述橫波.理解波速、波長和頻率的關系.”題目點評本題考查識別、理解振動圖象和波動圖象的能力,以及把握兩種圖象聯系的能力.對于波的圖象往往先判斷質點的振動方向和波的傳播方向間的關系.同時,能熟練分析波動形成的過程,分析物理量的變化情況.

圖6

(1)求桅桿到P點的水平距離；

(2)船向左行駛一段距離后停止，調整由P點發出的激光束方向，當其與豎直方向夾角為45°時，從水面射出后仍照射在桅桿頂端，求船行駛的距離.

題號題目求解思路素養要素素養類型水平劃分16(1)由折射定律求出入射角,結合幾何關系求桅桿到P點的水平距離;具有清晰的物理觀念,能綜合應用物理知識解決實際問題.物理觀念水平416(2)先根據折射定律求激光束從水面出射的方向與豎直方向的夾角,再由幾何關系求船行駛的距離.能對綜合性物理問題進行分析和推理,獲得結論并作出解釋.科學思維水平4答案1()桅桿到P點的水平距離是7m; 2()船行駛的距離是4.9m.課標鏈接“通過實驗,理解光的折射定律.會測量材料的折射率.”題目點評本題是幾何光學問題,對數學幾何能力要求較高,關鍵要根據幾何知識確定出入射角和折射角,通過折射定律和幾何關系進行求解.

三、備考建議

基于對全國Ⅰ卷物理試題評析，其素養類型考查特點非常顯著，即要求考生應以“物理觀念”素養為基礎，擁有較強的“科學思維”素養，并具備一定層次的“科學探究”素養，同時對于“科學態度與責任”有一定的滲透.立足課程標準，明確素養考查，結合上述高考命題規律，為提升高中物理教學和備考的效度，總結幾點切實可行的建議：首先，“物理觀念”素養是高考試題考查的基礎，考查形式以基礎性、中等性選擇題或填空題為主.在教學中，教師應注重以教材為出發點，提升學生對基本概念和基本規律的理解掌握程度，從而幫助學生加深對物理知識、原理、公式和規律的理解層次.對于學生實驗，應注重學生對實驗原理的理解，對實驗器材的熟悉、對實驗基本方案的明確、對實驗數據的獲取等基本實驗能力的培養.其次，“科學思維”素養是高考試題考查的難點，考查形式多以模型建構類、推理判斷類和綜合運算類為主，其對學生的推理能力、邏輯思維、建模能力、運算能力、創新能力等方面要求層次較高.特別對于高考命題，綜合型題目是對學生“科學思維”素養考查的有效方式，也是試題區分度的主要構成因素之一.對于學生實驗，應注重學生對實驗原理的深度拓展、對實驗器材的改進創新、對實驗方案的多維度設計、對實驗數據靈活獲取和深度分析等關鍵能力的培養.第三，“科學探究”素養是高考實驗試題考查的核心，考查形式多以分析類、設計類和結論類為主.其對學生知識掌握的精度和知識遷移的能力要求層次較高，教學中應注重學生對實驗原理的運用和遷移、對實驗器材的靈活選取、對實驗方案的精準設計、對實驗數據的綜合處理分析等核心能力的培養.第四，“科學態度與責任”素養是高中物理實驗教學的深層次追求.盡管在高考試題中，較多直接形象化的呈現，但提升“科學態度與責任”素養是物理學科的核心精神，是影響著學生終生學習發展的關鍵品格和重要能力，更是教師應該在物理教學中實現的關鍵性目標.