突出核心規(guī)律 強(qiáng)化關(guān)鍵能力
——2020年北京高考物理第19題解法分析

時(shí)子豪 張石友 黎嬌娥

(北京市第一七一中學(xué)，北京 100013)

北京高考物理試題一直堅(jiān)持“走大道、求大氣”,拒絕“偏難怪”和“假大空”．命題突出學(xué)科主干知識(shí)、核心規(guī)律、重要方法,注重創(chuàng)新情景的設(shè)計(jì),將理論知識(shí)與實(shí)際生產(chǎn)生活緊密結(jié)合,讓試題更具有“人味兒”、“生活味兒”．在新課程改革以及2020年北京新高考命題中,將邏輯推理,信息加工,模型建構(gòu)等關(guān)鍵能力,作為高中物理的重要考查能力,通過(guò)試題凸顯出對(duì)學(xué)科必備知識(shí)和關(guān)鍵能力的考查,提升學(xué)生的綜合素養(yǎng)．本文以2020年北京高考物理試題中的一道計(jì)算題為例,展開(kāi)案例研究,談?wù)劚本┬赂呖贾惺侨绾慰疾槲锢砗诵囊?guī)律與學(xué)科關(guān)鍵能力的．

1 試題展示

[2020年北京高考(等級(jí)考)物理試卷第19題]如圖1(甲)所示,真空中有一長(zhǎng)直細(xì)金屬導(dǎo)線MN,與導(dǎo)線同軸放置一半徑為R的金屬圓柱面．假設(shè)導(dǎo)線沿徑向均勻射出速率相同的電子,已知電子質(zhì)量為m,電荷量為e．不考慮出射電子間的相互作用．

圖1

(1) 可以用以下兩種實(shí)驗(yàn)方案測(cè)量出射電子的初速度

a. 在柱面和導(dǎo)線之間,只加恒定電壓;

b. 在柱面內(nèi),只加與MN平行的勻強(qiáng)磁場(chǎng)．

當(dāng)電壓為U0或磁感應(yīng)強(qiáng)度為B0時(shí),剛好沒(méi)有電子到達(dá)柱面．分別計(jì)算出射電子的初速度v0．

(2) 撤去柱面,沿柱面原位置放置一個(gè)弧長(zhǎng)為a、長(zhǎng)度為b的金屬片,如圖1(乙)所示．在該金屬片上檢測(cè)到出射電子形成的電流為I,電子流對(duì)該金屬片的壓強(qiáng)為p．求單位長(zhǎng)度導(dǎo)線單位時(shí)間內(nèi)出射電子的總動(dòng)能．

2 試題分析

2.1 命題意圖

物理學(xué)科核心素養(yǎng)中的一個(gè)非常重要方面是科學(xué)思維．實(shí)際研究的問(wèn)題和研究對(duì)象往往比較復(fù)雜,影響的因素較多,物理學(xué)上在解決問(wèn)題時(shí),需要抓住主要因素,忽略次要因素,對(duì)實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行理想化處理,建立起能夠描述客觀事物本質(zhì)的抽象的物理模型,構(gòu)建理想化模型是物理學(xué)最重要的研究方法之一,也是物理學(xué)的核心學(xué)科特色,具有非常重要的研究?jī)r(jià)值．[1]本題注重考查了學(xué)生構(gòu)建模型的能力,在給定的問(wèn)題情境中,基于熟悉的物理模型,引導(dǎo)學(xué)生深入思考,建立模型,以及利用重要的物理規(guī)律去解決實(shí)際問(wèn)題,促進(jìn)學(xué)生模型建構(gòu)能力的題培養(yǎng)和提升．

圖2

2.2 試題解析

圖3

本題第2問(wèn)的情景雖然較為新穎,但抽化出來(lái)的物理模型對(duì)于學(xué)生其實(shí)并不陌生,早在2013年北京高考最后一道計(jì)算題就出現(xiàn)過(guò),在2020年3月份北京市適應(yīng)性統(tǒng)測(cè)中也作為最后一道計(jì)算題壓軸出場(chǎng),因此對(duì)于知識(shí)水平和能力水平較為不錯(cuò)的學(xué)生,應(yīng)很快能夠找到本問(wèn)的考點(diǎn)以及主要解題方法,即考查模型構(gòu)建能力和物理核心規(guī)律——?jiǎng)恿慷ɡ恚締?wèn)的第一個(gè)難點(diǎn)是確定電子的運(yùn)動(dòng)模型,有部分學(xué)生受之前做過(guò)題目的影響,認(rèn)為電子會(huì)反彈,建立了彈性碰撞模型,或進(jìn)行討論Δp=kmv．但根據(jù)題目情景金屬片上檢測(cè)到出射電子形成的電流,說(shuō)明電子到達(dá)金屬板后由于與金屬板發(fā)生相互作用,導(dǎo)致其速度應(yīng)減為0．題目已知電子流對(duì)金屬片的壓強(qiáng)為p,可求金屬片接收到的電子數(shù)目,但題干設(shè)問(wèn)需求導(dǎo)線出射電子的數(shù)目,因此本問(wèn)第二個(gè)難點(diǎn)是如何建立模型通過(guò)接收到的電子數(shù)目求解單位長(zhǎng)度單位時(shí)間導(dǎo)線發(fā)射出的電子數(shù)目,筆者提供以下5種思路和解法.

解法1:設(shè)單位面積單位時(shí)間金屬板接收的電子數(shù)目為n,

由題意I=n·ab·e；

電子對(duì)金屬板的撞擊過(guò)程,設(shè)時(shí)間Δt,根據(jù)動(dòng)量定理p·ab·Δt=n·ab·Δt·mv0；

圖4

解法2:設(shè)單位體積單位時(shí)間金屬板接收的電子數(shù)目為n,

由題意I=n·ab·v0·e；

根據(jù)動(dòng)量定理

p·ab·Δt=n·ab·v0·Δt·mv0;

解法3:設(shè)單位長(zhǎng)度單位時(shí)間金屬板接收的電子數(shù)目為n,

根據(jù)動(dòng)量定理

解法4:設(shè)單位時(shí)間金屬板接收的電子數(shù)目為n,

由題意I=n·e，

根據(jù)動(dòng)量定理p·ab·Δt=n·Δt·mv0;

解法5:設(shè)Δt時(shí)間內(nèi)金屬板接收的電子數(shù)目為n,

根據(jù)動(dòng)量定理p·ab·Δt=n·mv0;

3 教學(xué)啟示

2020年北京新高考命題所呈現(xiàn)出來(lái)的試題特點(diǎn),給我們今后的教學(xué)以及高三復(fù)習(xí)備考一些有益的啟發(fā),促進(jìn)教學(xué)效果的提升．關(guān)鍵能力的考查是以主干知識(shí)以及核心規(guī)律為載體,因此在教學(xué)和復(fù)習(xí)中,要注重對(duì)核心概念、規(guī)律的理解,要注重培養(yǎng)題目有效信息的分析能力、能基于物理狀態(tài)和過(guò)程構(gòu)建物理模型的能力、能運(yùn)用數(shù)學(xué)物理方法解決問(wèn)題的能力等．即便一些題目的情景較為新穎,但總可以將其化簡(jiǎn)為經(jīng)典的物理模型,因此平時(shí)習(xí)題的選取要偏重于提升科學(xué)思維,體會(huì)科學(xué)思想,讓學(xué)生在面對(duì)物理問(wèn)題時(shí),能快速、準(zhǔn)確的將問(wèn)題與知識(shí)建立起聯(lián)系并找到解決問(wèn)題的方法．北京高考物理命題一直具有“北京特色”,這種回歸物理學(xué)科本質(zhì),立足于問(wèn)題解決,以考查和強(qiáng)化學(xué)科必備知識(shí)和關(guān)鍵能力的命題,將對(duì)新課程教學(xué)改革起到積極的引導(dǎo)和推動(dòng)作用,[2]將更加關(guān)注物理本質(zhì)的教學(xué),實(shí)現(xiàn)物理學(xué)科的育人價(jià)值．