基于知識 立于能力 顯現(xiàn)素養(yǎng)
——2018天津高考物理壓軸題的多種解法分析

胡小波

(江蘇省泰州市姜堰區(qū)婁莊中學(xué) 225506)

高考物理壓軸題常常以所涉知識點(diǎn)多、綜合性強(qiáng)、能力要求高和顯現(xiàn)出較高的區(qū)分度等特點(diǎn)而呈現(xiàn)，命題者試圖通過壓軸題的“基于知識、立于能力、顯現(xiàn)素養(yǎng)”的考查理念，精心布局，巧妙設(shè)問，達(dá)到選拔優(yōu)質(zhì)人才的目的，2018天津高考物理試題也是如此.

一、試題

如圖1所示是某種動力系統(tǒng)的簡化模型，電阻不計(jì)且光滑的兩相距l(xiāng)的平行金屬導(dǎo)軌被固定在水平面上(圖中粗實(shí)線所示)，長l、電阻R的金屬棒ab和cd均與導(dǎo)軌相垂直，用絕緣材料將兩金屬棒固定在列車底部，并與導(dǎo)軌良好接觸，其間距也為l，列車的總質(zhì)量為m.列車啟動前，ab、cd處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，磁場方向垂直于導(dǎo)軌平面向下，如圖1所示，將電動勢為E的直流電源接入M、N間時(shí)，列車便啟動運(yùn)行，不考慮直流電源的內(nèi)阻及導(dǎo)線電阻，列車正常啟動后電源自動關(guān)閉.現(xiàn)欲使得列車減速至停止，需在前方設(shè)置如圖2所示的一系列分布不連續(xù)的、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的有界勻強(qiáng)磁場區(qū)域，磁場寬度和相鄰磁場間距均大于l.假設(shè)某時(shí)刻列車的速度為v0，此時(shí)ab、cd均在無磁場區(qū)域，試討論：要使列車停下來，前方至少需要多少塊這樣的有界磁場？

二、分析

固定在列車下方的雙金屬桿在磁場中單獨(dú)切割磁感線運(yùn)動時(shí)，回路中會產(chǎn)生感應(yīng)電流，又金屬桿會受阻礙相對切割運(yùn)動的安培力作用而作減速運(yùn)動，因其安培力大小與運(yùn)動的速度有關(guān)，故而整個運(yùn)動非勻減速直線運(yùn)動，因而自速度v0至停止運(yùn)動的距離并不能直接求出，下面從動量定理及動能定理兩角度予以剖析.

1.牛頓運(yùn)動定律之平均加速度法

2.動量定理之通式通法

3.動量定理之微元法

取向右方向?yàn)檎较颍瑢⒔饘侔鬰d進(jìn)入磁場至恰好停止運(yùn)動整個過程中時(shí)間Δt分割為n個無限小的時(shí)間間隔Δt1、Δt2、Δt3、……，Δtn,由動量定理得，

Δt1內(nèi)：-BI1l·Δt1=mv1-mv0、

Δt2內(nèi)： -BI2l·Δt2=mv2-mv1

Δt3內(nèi)：-BI3l·Δt3=mv3-mv2、

……、

海歸新生代學(xué)成歸來后，為了融入中國土壤，要先了解什么是中國的親緣與地緣文化，為什么親緣與地緣在中國這么受重視。中國情境下，做事只注重目的性是行不通的，需要有一份醉翁之意不在酒的釋然。詳見圖2-1。

Δtn內(nèi)：-BInl·Δtn=0-mvn-1

將以上各式相加可得：-Bl(I1Δt1+I2Δt2+I3Δt3+...+InΔtn)=0-mv0，因I1Δt1+I2Δt2+I3Δt3+...+InΔtn=q

4.動能定理之積分法

三、四種解法比較

1.突出“主干知識”角度

四種解法所涉物理主干知識的分析比較如表1所示.

表1

2.立意“ 相關(guān)能力”角度

四種解法所需主要能力的分析比較如表2所示.

表2

課程標(biāo)準(zhǔn)倡導(dǎo)的三維目標(biāo)之一的知識與能力目標(biāo)，關(guān)注的不僅僅是知識層面，而是“基于知識，立于能力”，目的是通過知識規(guī)律的學(xué)習(xí)練就運(yùn)用知識解決實(shí)際問題的能力.知識與能力往往相互融合、相互促進(jìn)、融為一體.

試題以真空管道超速列車的動力系統(tǒng)為問題背景，考查學(xué)生應(yīng)用物理知識解決具體問題的能力，當(dāng)然問題的解決應(yīng)結(jié)合具體的情境，用物理知識解決實(shí)際問題的能力高低往往取決于學(xué)生將情境與知識相聯(lián)系的水平，本例設(shè)置的“剎車至停止所需有界磁場的塊數(shù)計(jì)算”一問，便是考查學(xué)生在具體的情境中如何將知識轉(zhuǎn)化為問題解決的能力所在.

試題的四種解法都觸及諸如“知識認(rèn)知理解能力、規(guī)律分析綜合能力、運(yùn)用知識解決問題能力和模型構(gòu)建能力”，命題者試圖通過“以知識為載體，遷移考查能力為核心的”形式加大區(qū)分度.除此之外，解法一加強(qiáng)了對平均加速度的考查運(yùn)用，解法二和解法三都以動量定理為核心解決問題，解法四則從功能角度處理問題，其中滲透了積分的思想方法，對學(xué)生的數(shù)學(xué)水平要求較高.

3.顯現(xiàn)“核心素養(yǎng)”角度

四種解法所顯現(xiàn)的核心素養(yǎng)分析比較如表3所示.

表3

新的課程標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)調(diào)學(xué)生物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和科學(xué)態(tài)度與責(zé)任等核心素養(yǎng)的形成，試題在物理觀念和科學(xué)思維兩大素養(yǎng)上體現(xiàn)得淋漓盡致，具體表現(xiàn)在四種解法上分析如下：

物理觀念素養(yǎng)方面，解法一、解法二和解法三都是建立在運(yùn)動觀及相互作用觀角度分析解決問題的，解法一的牛頓運(yùn)動定律的運(yùn)用求解屬經(jīng)典的動力學(xué)問題，解法二和解法三的動量定理法本質(zhì)上是力對時(shí)間的積累效果，它們均與新課程標(biāo)準(zhǔn)中核心素養(yǎng)之物理觀念素養(yǎng)相呼應(yīng)，解法四則從功能角度入手，體現(xiàn)了對核心素養(yǎng)中的能量觀達(dá)成的考查.

科學(xué)思維素養(yǎng)方面，試題中的雙金屬棒在磁場中單獨(dú)切割磁感線時(shí)相當(dāng)于電源，這便是模型建構(gòu)的關(guān)鍵所在，通過整合電磁感應(yīng)規(guī)律、歐姆定律、安培力算法、牛頓運(yùn)動定律、動量定理和動能定理等知識科學(xué)的推理出究竟需要幾塊有界磁場，這便是科學(xué)推理的顯現(xiàn)，其中微元法、積分法的靈活運(yùn)用彰顯出科學(xué)方法的考查.

課程標(biāo)準(zhǔn)走過了由雙基目標(biāo)——三維目標(biāo)——核心素養(yǎng)的發(fā)展歷程，其核心理念漸趨成熟，為打造一“全面發(fā)展的人”而不懈努力，當(dāng)然，作為肩負(fù)著“高中生學(xué)業(yè)水平評價(jià)和為高校選拔優(yōu)質(zhì)生源”雙重任務(wù)的高考也一直與時(shí)俱進(jìn)，呼應(yīng)著課程標(biāo)準(zhǔn)不斷發(fā)展的核心理念，2018天津高考物理壓軸題就以其“基于知識、立于能力、顯現(xiàn)素養(yǎng)”的特色出色的完成了對高中生學(xué)業(yè)水平評價(jià)和為高校選拔優(yōu)質(zhì)生源的雙重任務(wù)，實(shí)則是一道集知識、能力和核心素養(yǎng)考查于一體的妙題，讓人拍手叫好.