滲透物理觀念 開發高考熱學命題資源

(廣東省深圳市龍華高級中學，廣東 深圳 518109)

1 引言

學科核心素養是學科育人價值的集中體現，是學生通過學科學習而逐步形成的正確價值觀念、必備品格和關鍵能力。物理觀念是物理學家經歷長期的理論和實驗研究，概括總結出的對物理世界的根本認識。愛因斯坦指出：“在建立一個物理學理論時，基本觀念起了最主要的作用。物理書上充滿了復雜的數學公式，但是所有的物理學理論都是起源于思維與觀念，而不是公式。”由此可見，物理觀念在物理學形成和發展中發揮著重要作用。

物理觀念是物理概念和規律等在頭腦中的提煉與升華，是從物理學視角解釋自然現象和解決實際問題的基礎。高中物理課標關于物理觀念劃分了5個學業質量水平，水平4是用于高考的命題依據，即：具有清晰的物理觀念，能從物理學的視角正確描述和解釋自然現象，能綜合應用物理知識解決實際問題，能指導工作和生活實踐。

生活即物理，物理的考查應加強物理與實際生活的聯系，以現代生活實例和現代科技應用為立意的應用型問題已成為物理命題的趨勢，理論聯系實際成為高考改革的一個永恒主題。近幾年來，高考在注重考查基礎知識的同時，加大了應用型和能力型題目的考查，每年都有一些背景新穎、內涵深刻、聯系科技和社會熱點的試題出現，成為高考試題的一大亮點。以熱學部分為例，因為熱學現象與人們的生產和生活密切聯系，高考命題的熱點為分子動理論、熱力學定律、氣體定律等。

2 開發教材資源

高考命題“源于教材，高于教材”，教材就是高考題目的“源”。教材中的插圖看似普通，實際上具有很好的導向作用，近幾年的高考題中經常出現利用教材上的原圖或演示實驗，通過改變教材里的表達形式來進行考查。

2.1 挖掘中學物理教材

高考備考最佳的辦法就是讀透物理教材，在高考命題組的總結中常提及某一試題源于教材，或稍加改造，或做拼合，或稍做提高，如圖1中的裝置圖，考點的切入可以是熱力學第一定律，可以是氣體狀態參量之間的關系，由于這是傳統的老圖，筆者不作展開，下面著意以新的視角開發命題資源。

圖1

如初中物理教材的金屬盒氣壓計(如圖2)，可作為熱學考查的切入點。彈性金屬做成的膜片空盒作為金屬空盒氣壓計的感應元件，利用彈性應力與大氣壓力相平衡的原理，以它的形變測定氣壓。以密封在金屬膜片空盒內的氣體為對象，便有很多命題切入點。

圖2

2.2 挖掘中學化學教材

作為高考備考者，關注物理教材已不足以應對當今高考，學科的綜合常被作為試題設計的亮點加以凸顯，我們必須順應潮流，把目光放遠些，關注化學等學科。

如氨氣溶水的噴泉實驗(如圖3)，當向燒瓶中加入少許水后，立即形成美麗的紅色噴泉，形成噴泉的最關鍵條件是改變瓶內氣壓。如裝置中少了膠頭滴管，你又如何使它產生噴泉？可打開夾子，用手或熱毛巾等將燒瓶捂熱，氨氣受熱膨脹，趕出玻璃管內空氣后就會形成噴泉；或在燒瓶外壁用冷卻劑冷卻一段時間再打開夾子……看似是化學問題，其中的氣體知識可謂是非常豐富，如影響氣體壓強的因素等。

圖3

圖4

2.3 挖掘大學物理教材

有些高考命題專家比較熟悉大學物理，大學物理教材中某些實驗也可變成高考命題的素材，如《普通物理學》第一冊中測量空氣比熱容的裝置(如圖4)，其過程比較復雜，但實驗的某一過程利用高中物理知識完全可以理解，如“迅速關閉活塞2，由于此過程進行得迅速，可以認為是絕熱的，此時瓶內溫度會有所下降。當貯氣瓶內空氣的溫度上升至T0(室溫)時記下貯氣瓶內氣體的壓強P2”。這一過程的切入點就很多，可設計熱學考題。

3 挖掘生活資源

根據前面的分析，我們知道，高考命題的落腳點有時恰恰是我們身邊的生活用品或現象，因此高考備考要聯系生活實際，關注社會熱點；注意觀察生活現象，有意識地積累生活、生產中與物理有關的素材，不斷提高分析物理現象和應用物理知識解決實際問題的能力；對于生活中我們熟知的一些現象和器具要注意觀察，弄清它們所蘊含的物理原理。

3.1 關注人的身體

關注生活，首先關注自己的身體，如自己的呼吸。如圖5所示，吸氣時膈肌做擴張運動，擴大胸腔體積，肺舒張,體積變大,氣壓變小,小于外界大氣壓，空氣在大氣壓的作用下被壓入肺里，即為吸氣；呼氣時，肺收縮,體積變小,氣壓變大,大于外界大氣壓，空氣在肺中氣壓的作用下被壓出。胸腔內體積的變化，正是造成氣壓變化的原因，這一生理過程中隱含的物理知識是顯而易見的。如果命題者適當挖掘，也能通過生理活動考查氣體的有關知識。

圖5

3.2 關注生活中的“行”

氣式減震器是20世紀60年代以來發展起來的一種新型減震器，它已廣泛應用在山地自行車及汽車上。氣壓減震器利用密封的氣體代替彈簧作為減震介質來實現減震目的，其優點是輕且舒適。簡單的氣式減震器采用單缸，高端的采用正負氣壓(如圖6)，它利用封氣活塞將工作氣缸分成主氣室和輔氣室，氣室充有高壓氮氣。當車輪上下跳動時，減震器的工作活塞在缸筒內做往復運動，使工作活塞的上腔和下腔之間產生氣壓差，產生較大的阻尼，使振動衰減。如果我們研究主氣室，抽象為一個打氣筒，學生能理解減震的道理，命題的切入點也是豐富的、多樣的。

圖6

客車車門系統如圖7所示，當壓縮氣體進入左邊氣缸，會把活塞向右推，右邊汽缸的封閉氣體被壓縮時壓強會增大，同時通過傳動機構將車門打開，但車門只能徐徐地打開；當壓縮氣體進入右邊氣缸時，會把活塞向左推，同時通過傳動機構將車門關閉。以左、右兩邊氣缸內氣體為研究，可以考查熱學中氣體的有關知識。

圖7

3.3 關注生活中的“玩”

很多玩具的設計運用了物理原理，它是科技改變生活的生動反映。如圖8所示，超級水槍中有兩個貯水箱A和B，兩者通過管道連通。給水槍“裝彈”時，只給容量較大的貯水箱A灌水。水槍準備噴射時，多次拉動水泵把手C，每次將水從大貯水箱推入小貯水箱，就會向上推擠小貯水箱內部的空氣。當越來越多的水添加到小貯水箱B時，水就會占據越來越大的容積。因為貯水箱的空間有限，占據更多體積的水就會壓縮槍體內的空氣，使其壓強遠高于水槍外的空氣壓強。當向后扣拉扳機時，貯水箱B中空氣有足夠大的壓強，水就會以極高的速度噴射。如果我們研究B箱的變化，箱內氣體變化對應的物理過程相當明確，命題要是從這里入手也可打造出有品味的試題。

圖8

3.4 關注生活中的“樂”

香檳是慶祝用酒，打開的時候泡沫四散，還有聲響，會增加歡樂氣氛，常出現在汽車拉力賽頒獎、婚禮等各種慶祝場合。如圖9所示，軟木塞有效地封閉酒瓶內的氣體，德國學者的實驗表明：用力搖晃一瓶香檳，其中氣體壓強可達0.25MPa，軟木塞噴出的速度能達到40km/h。根據上述這段材料，就能設計出考查氣體壓強、氣體對外做功的好題目。

圖9

只要我們留心觀察，在我們的周圍總能找到所需的熱學命題情景或模型，除上述案例以外，如高壓鍋、手風琴、氣墊鞋、空氣壓縮機、吹出的肥皂泡等都能作為熱學命題的情景，這樣原創的試題立意新，緊密聯系生活，可更好地考查學生運用物理知識解釋生活現象的能力，更能激發學生學習物理的興趣。