2020年高考理綜新課標卷Ⅲ第24題評析

李俊永 王長江

(1. 貴州省仁懷市周林高中,貴州 仁懷 5645002;2. 安徽師范大學物電學院,安徽 蕪湖 241000)

1 引言

深入挖掘高考試題所隱藏的信息,對于教學具有重大指導意義,作為物理教師應當對此予以足夠重視,本文對2020年高考理綜新課標卷Ⅲ第24題進行評析。

2 試題與解析

圖1

解析：這是一個導體棒在線框上切割磁感線的常見問題,屬于單桿切割類型。導體棒做勻速直線運動,根據有效切割長度的變化，它的運動過程可以分為兩個階段進行分析。

3 試題評析與變式研究

3.1 試題分析

本題以勻強磁場為背景,所考查的知識點如表1所示。

本題共涉及3個Ⅱ級要求的考點,3個Ⅰ級要求的考點。在勻強磁場的背景下通過單桿模型將法拉第電磁感應定律、歐姆定律、電路的串并聯和安培力大小計算融合在一起,它并未涉及磁場中力和運動的關系、能量分析和電場的相關知識。導體棒在磁場中做勻速直線運動并切割磁感線,考查學生對法拉第電磁感應定律、動生電動勢、安培力和等效方法的掌握情況,設置導線框與導體棒構成閉合回路,考查學生對電路串并聯、閉合電路歐姆定律的認識。總體來講,本題題干簡明扼要,對物理情境與過程的描述簡潔、科學準確,沒有歧義,各個知識點在試題的融合過程中借助勻速直線運動這一過程模型,不僅突出對高中物理電磁部分主干知識的考查,體現出了基礎性和綜合性,有利于學生形成正確的物理觀念。

表1

3.2 縱向比較

同樣作為新課標卷Ⅲ的24題,2019年的試題以學生熟悉的平拋和類平拋模型為背景,靈活運用牛頓力學、能量觀點、動量觀點和矢量運算法則求解,有效考查了平行四邊形法則、運動學規律、牛頓第二定律、動能定理、功能關系、能量守恒定律、動量定理等主干知識。但是2020年試題考查的知識點與往年截然不同,該題的核心知識集中于對磁與電路的分析,所用到的物理規律雖為主干知識,但是都較為簡單,考查的物理能力為理解能力、分析綜合能力和應用數學知識解決物理問題的能力,屬于基礎題目,這種變化有利于糾正教學中的“為‘難’不快”的現象。

3.3 試題溯源

(1) 單桿切割模型在高中物理教材和相關練習題中很常見，仔細閱讀人教版高中物理選修3-2第13頁的“問題與練習”就會發現本題在教材中的“影子”(圖2)。

圖2

教材的原題為：圖2中CDEF是金屬框，當導體AB向右移動時，請用楞次定律判斷ABCD和ABFE兩個電路中感應電流方向。我們能不能用這兩個電路中的任一個來判定導體AB中感應電流的方向？

教材中的金屬框為矩形,需要判斷感應電流方向,導體棒的有效切割長度并未改變,而2020年試題中金屬框為正方形,需要計算安培力的大小,導體棒的有效切割長度發生了變化。由此處就可以看出：高考試題源于教材，但不拘泥于教材。

(2) 除了能在教材中找到本題的“影子”,同樣在其他高考試題中也能找到部分“影子”。翻閱近五年各地高考試卷,就會發現2015年廣東卷第35題與2020年試題相像，只不過廣東卷的試題中磁場的變化是先均勻增加,再保持不變。

3.4 試題拓展

變式1:假設金屬框上每個邊上的電阻大小為R0,導體棒以恒定速率v在金屬框上運動,將導體棒與a點的距離記為x。求:(1) 導體棒通過bd兩點時,導體棒的兩端的電勢差是多少?此時安培力的功率是多少?(2) 當導體棒對外輸出的功率最大時,R0和r滿足怎樣的關系?此時導體棒距離a點的距離有多遠?

變式2:如果導體棒在金屬框上向右做加速度大小為a0的勻加速直線運動,在導體棒滑過金屬框的過程中,以a為計時起點,求:(1) 當導體棒通過bd兩點時,通過導體棒的感應電流大小為多少?(2) 導體棒所受的安培力的大小隨時間t變化的關系。

變式3:若平行四邊形abcd在a處的角度為60°,導體棒以恒定速率v在金屬框上運動,將導體棒與a點的距離記為x,導體棒通過金屬框的整個過程中,求導體棒所受的安培力的大小隨x變化的關系。

變式4:將矩形金屬線框改為半徑為l0的圓金屬線框,其總電阻為2R0,導體棒以恒定速率v在金屬框上運動,其內阻為r(r>R0),(1) 畫出等效電路圖；(2) 求導體棒運動到圓心時電路的總功率。

4 教學啟示

《中國高考評價體系》明確指出需要考查學生的關鍵能力與必備品格,需要體現學科核心素養,需要體現基礎性、綜合性、應用性和創新性。結合此評價體系,針對本題的具體情況,有以下教學啟示。

(1) 基礎性是復習備考研究的主要方向

在課堂教學中,注重基礎知識與方法、基本實驗與能力是提升學生的物理學科核心素養的重要基石,核心素養的提升有賴于學科基礎,這種基礎性應當表現在對物理基本概念與規律的正確理解上,表現在對物理學思想與方法的深度理解上,基礎知識依然是高考命題的重點。平時教學還需要注重“雙基”,力圖避免復習備考陷入無休止的題海戰和過度的“快餐式”教學,力圖避免“以考代練”“以考代教”的備考狀態。物理教學需要面向全體學生的共同基礎,因此注重基礎依然是備考的主要方向。

(2) 突出綜合性是提升學生的核心素養的有效路徑

教學改革已經進入指向核心素養發展的時代,復習備考除了要對學科知識進行全方位摸排,還應突出對知識的應用,突顯主干知識在綜合應用題中的價值,讓知識在應用中實現綜合,它不是對學科知識零敲碎打式的簡單破解。備考的綜合性要求教師認真分析試題是以何種方式進行知識融合,這種融合達到了什么樣的程度,考綱和試題又是如何詮釋的。在教學與備考中教師應認真解讀綜合性的內涵,解決綜合性與核心素養相關的問題。

(3) 緊扣教材是發展學生能力的基本選項

從本題的形式上看它源于教材也高于教材,所考查的知識點都是教材中最基本的概念或規律,教材作為眾多專家和學者智慧的結晶,它具有一定的導向作用;同時教材是最重要的課程資源,它為教師教學和學生學習預留了發揮空間。高考試題是以教材為依據,認真挖掘教材的育人價值,才能更好培養學生的核心素養。

(4) 品味真題是高考試題創新的重要來源

高考試題對于核心素養的考查具有示范作用,這種示范作用成就了高考原題的經典性,對高考試題進行深入研究，能夠衍生出形式各樣的模擬試題,創新不是“無中生有”,變式研究中的“一題多變”“變又生變”是試題創新的重要策略。只有品味高考經典,才有可能實現能力與素養的沉淀。教學與備考實踐不應總是沉迷于經驗主義,應當力圖在高考命題中尋找命題的規律,也不應一味地“舊題重復”,因為那樣將會削弱學生的創造力。