2020年高考物理圖像類試題分析與教學啟示

廣東 賴世鏘

2020年高考物理較注重利用圖像呈現豐富的信息，增加了試題信息的廣度，要求學生能夠從圖像中獲取信息，建立文字、圖像等不同信息呈現方式之間的聯系，通過圖像語言構建正確的物理情景，考查學生信息加工、邏輯推理、科學思維等能力，突顯物理學科核心素養的考查。

今年是新舊高考并存的一年，無論是新高考還是舊高考，試題都體現了學科核心素養的考查，凸顯考查學生從真實情境獲取信息并分析信息的能力。為此，筆者歸納并分析了2020年高考物理圖像，希望對物理學科高考備考有所幫助。

1.動力學圖像

動力學圖像主要包括運動圖像、力的圖像與動量能量圖像等，其中運動圖像常見的有v-t圖像、x-t圖像、a-t圖像等，力的圖像常見的有F-t圖像、F-x圖像、F-a圖像等，動量、能量圖像常見的有p-t圖像、W-x圖像、E-x圖像、Ek-t圖像等。

高考對動力學圖像的考查，主要從具體的物理情境中通過圖像來考查，需要學生從圖像中獲取必要的信息，運用動力學、動量、能量等知識分析，通過歸納推理，建立各物理量之間的關系，應用有效信息處理問題和數學方法處理物理問題。2020年高考對動力學圖像的考查見表1。

表1 2020年高考動力學圖像(部分)

【例1】(2020年全國卷Ⅰ第20題)一物塊在高3.0 m、長5.0 m的斜面頂端從靜止開始沿斜面下滑，其重力勢能和動能隨下滑距離s的變化如圖1中直線Ⅰ、Ⅱ所示，重力加速度取10 m/s2。則

圖1

( )

A.物塊下滑過程中機械能不守恒

B.物塊與斜面間的動摩擦因數為0.5

C.物塊下滑時加速度的大小為6.0 m/s2

D.當物塊下滑2.0 m時機械能損失了12 J

【解析】由題意可知，圖線Ⅰ、Ⅱ分別為重力勢能、動能隨下滑距離s的變化關系圖像，斜面傾角為37°，下滑過程中，機械能E=Ep+Ek不是定值，故機械能不守恒，A選項錯誤；設斜面長為L，由圖線Ⅰ可得Ep=mg(l-s)sin37°，斜率大小k1=mgsin37°=6，于是m=1 kg。由圖線Ⅱ可得Ek=(mgsin37°-μmgcos37°)s，斜率k2=mgsin37°-μmgcos37°=ma=2，于是μ=0.5，a=2 m/s2，B選項正確，C選項錯誤；由圖像可知，物塊下滑2.0 m時機械能損失ΔE=30 J-(18+4) J=8 J，D選項錯誤。

【點評】本題與2019年全國卷Ⅱ第18題、卷Ⅲ第17題相似，綜合考查機械能守恒、動能定理、摩擦力做功、牛頓第二定律等知識，要求考生能夠從圖像中提取解題信息，分析物塊下滑過程中能量的變化，對學生信息獲取的能力要求較高。根據圖像分析重力勢能和動能的變化規律，得到機械能損失量，這是解題的關鍵點。突破本題，應該從題目的情境入手，根據給出圖像的信息，由重力勢能公式結合斜率即可求出物體的質量；由動能定理，結合機械能隨下滑距離s變化的特點，即可求出μ和a；由功能關系，可以求出損失的機械能。

新一輪教學改革，試題往往創設真實情境，根據學業質量水平標準命制，考查學生必備知識與關鍵能力，所以在復習備考中要多加關注。在處理此類真實情境化試題時，要認真審題，分析物理情境，從物體受力和運動情況分析入手，運用牛頓運動定律、動能定理、機械能守恒定律、能量守恒定律、動量定理、動量守恒定律等規律分析圖像中的情境，同時挖掘斜率、截距等信息輔助高效解題。

2.電磁學圖像

對電磁學圖像的考查，主要在選擇題與電學實驗題中考查，計算題也偶爾出現，今年高考題電路圖像與電磁感應圖像屬于高頻考點。通過分析圖像，要求學生能從中獲取信息，加工信息以及利用信息進行推理判斷。2020年高考對電磁學圖像的考查見表2。

表2 2020年高考電磁學圖像(部分)

續表

【例2】(2020年全國卷Ⅰ第22題)某同學用伏安法測量一阻值為幾十歐姆的電阻Rx，所用電壓表的內阻為1 kΩ，電流表內阻為0.5 Ω。該同學采用兩種測量方案，一種是將電壓表跨接在圖2所示電路的O、P兩點之間，另一種是跨接在O、Q兩點之間。測量得到如圖3所示的兩條U-I圖線，其中U與I分別為電壓表和電流表的示數。回答下列問題：

圖2

圖3

(1)圖2中標記為Ⅱ的圖線是采用電壓表跨接在________(填“O、P”或“O、Q”)兩點的方案測量得到的。

(2)根據所用實驗器材和圖2可判斷，由圖線________(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)得到的結果更接近待測電阻的真實值，結果為________Ω(保留1位小數)。

(3)考慮到實驗中電表內阻的影響，需對(2)中得到的結果進行修正，修正后待測電阻的阻值為________Ω(保留1位小數)。

【點評】本題考查伏安法測電阻，考查學生模型建構與科學推理的科學思維。通過挖掘圖像含義，并理解斜率所代表的物理意義，找到哪一條圖線為外接法，哪一條圖線為內接法，根據內、外接法的原理，判斷電壓表接在哪兩點之間，并通過圖像獲取數據，求出待測電阻阻值，并進行誤差分析。2020年高考6份關于物理學科的試卷都考查了U-I圖線，包括伏安法測電阻、測量電源電動勢與內阻等考點。本題總體來說，難度不大，電流表的內外接法是電學的基本內容，為學生應具備的必備知識，若采用電流表內接法，由于電流表分壓引起測量誤差，測量值偏大；若采用電流表外接法，由于電壓表分流引起測量誤差，測量值偏小。根據圖像的斜率，可得到待測電阻值，結合內接法特點，求出修正后較準確的電阻值。

在電學實驗備考中，應加強基礎知識的復習，側重實驗基本原理的教學。實驗原理是實驗的核心，實驗結果分析是靈魂，要適當開展專題復習，進行變式訓練研究，掌握必備知識和關鍵能力，提高學生的物理核心素養。

3.熱學圖像

熱學圖像主要包括分子間作用力與分子間距離關系的F-r圖像、分子勢能與分子間距離關系的Ep-r圖像、氣體分子速率分布圖像與理想氣體狀態變化的圖像等，其中理想氣體狀態變化的圖像是歷年地方卷高考的熱點。理想氣體狀態變化的圖像主要包括p-V圖像、p-T圖像、V-T圖像等。2020年高考對熱學圖像的考查見表3。

表3 2020年高考熱學圖像

【例3】(山東省2020年普通高中學業水平等級考試第6題)一定質量的理想氣體從狀態a開始，經a→b、b→c、c→a三個過程后回到初始狀態a，其p-V圖像如圖4所示。已知三個狀態的坐標分別為a(V0，2p0)、b(2V0，p0)、c(3V0，2p0)以下判斷正確的是

圖4

( )

A.氣體在a→b過程中對外界做的功小于在b→c過程中對外界做的功

B.氣體在a→b過程中從外界吸收的熱量大于在b→c過程中從外界吸收的熱量

C.在c→a過程中，外界對氣體做的功小于氣體向外界放出的熱量

D.氣體在c→a過程中內能的減少量大于b→c過程中內能的增加量

【解析】由于p-V圖線和橫坐標軸圍成的面積即為做功大小，在a→b和b→c過程中，氣體體積均增大，氣體對外界做功，由圖4可知，兩過程面積相等，故做功相等，A選項錯誤。氣體從a→b過程，a、b兩狀態pV=C，即滿足玻意耳定律，說明Ta=Tb，所以ΔUab=0，再由熱力學第一定律ΔU=Q+W可知，Qab=|Wab|；同理，b→c過程中，溫度升高，ΔUbc>0，由ΔU=Q+W可知，Qbc>|Wbc|，所以氣體在a→b過程中從外界吸收的熱量小于在b→c過程中從外界吸收的熱量，B選項錯誤。c→a過程中，溫度降低，故ΔUca<0，氣體體積減小，外界對氣體做功，故Wca>0，根據熱力學第一定律可知Qca<0，放出熱量，故外界對氣體做的功小于氣體向外界放出的熱量，C選項正確。由于a、b兩狀態溫度相等，理想氣體的內能只與溫度有關，于是c→a、b→c兩過程溫度的變化量大小相同，由于溫度決定內能，所以,氣體在c→a過程中內能的減少量等于b→c過程中內能的增加量,D選項錯誤。

在熱學圖像備考中，分子間作用力、分子勢能隨分子間距離變化關系圖像和理想氣體三個狀態參量的關系圖像是重點備考內容。理想氣體三大定律、熱力學第一定律是氣體的重要知識點，尤其是氣體的計算。氣體實驗定律以圖像形式考查時，要求學生對于熱學知識和圖像能融會貫通。

4.機械振動與機械波圖像

機械振動與機械波圖像主要包括機械振動圖像與機械波圖像。機械振動圖像主要有x-t圖像、y-t圖像、T2-t圖像等，機械波圖像主要有y-x圖像等。

2020年高考多份考卷涉及振動與波動圖像的考查。考查機械波的形式和傳播時，往往以考查振動圖像和波動圖像為主，主要涉及波速、波長和周期的關系等知識。通過圖像考查學生信息獲取能力和分析歸納能力。2020年高考機械振動與機械波圖像的考查見表4。

表4 2020年高考機械振動與機械波圖像

【例4】(2020年全國卷Ⅲ第34題)如圖5所示，一列簡諧橫波平行于x軸傳播，圖中的實線和虛線分別為t=0和t=0.1 s時的波形圖。已知平衡位置在x=6 m處的質點，在0到0.1 s時間內運動方向不變。這列簡諧波的周期為________s，波速為________m/s，傳播方向沿x軸________(填“正方向”或“負方向”)。

圖5

在復習備考中，要加強對基本概念的記憶和理解，質點振動過程中位移、速度、加速度等各物理量的變化規律，理解圖像的物理意義，提升物理觀念。同時，結合振動圖像與機械波圖像來分析振動與波的特點和規律，切實掌握兩種圖像的區別和聯系，培養學生的科學思維。

5.小結