以生活為“石”，攻素養之“玉”
——由一道山東高考物理題引發的思考

山東

(作者單位：山東省文登新一中)

山東省2020年普通高中學業水平等級考試物理第15題，以中醫拔罐治療疾病為素材，通過對比火罐和抽氣拔罐物理原理的差異性，不僅考查學生構建“充氣、抽氣”氣體模型的能力，還考查了學生運用氣體實驗定律解決生活實際問題的能力，引導學生關注物理知識在生活生產中的運用，學以致用，彰顯了高考評價的素養導向功能。

在教學中，筆者對本題進行了深入研究，探索關于變質量氣體模型的多種求解方法，以拓寬學生的解題思路，提升其物理核心素養水平。

一、原題再現

二、命題方向

2020年修訂2017版《普通高中物理課程標準》第35頁，關于理想氣體的學業要求和教學提示指出：認識構建理想氣體模型的必要性，能用不同的方法和手段分析和處理信息，能應用模型多視角分析研究實際氣體的問題，廣泛了解氣體定律對人類生活和社會發展的影響。

本題遵循課程標準，挖掘生活現象，從火罐、抽氣拔罐兩個角度，聚焦氣體實驗內容，注重考查學生的邏輯推理、信息加工、模型構建能力，考查靈活運用物理知識和方法解決實際問題的能力，鼓勵學生提高健康意識，弘揚中醫文化，凸顯高考的育人導向功能。

三、教學探索

教學實踐中，根據高考題創設的火罐情境，運用理想氣體狀態方程，求解火罐降溫后的壓強為0.7p0，這是多數學生可以正確解答的；而研究抽氣拔罐時，求抽出氣體的質量與抽氣前罐內氣體質量的比值，約90%的學生無從下手。出現此類現象的根源，在于學生不明確變質量理想氣體問題的解題策略。根據“一核四層四翼”的新高考評價素養導向要求，結合具體學情，筆者以此題為載體，歸納總結變質量理想氣體問題的多種解題方法，來幫助學生牢牢掌握基本公式、定律，探索適合不同能力水平學生的解題方法，培養學生發散思維、求異思維等關鍵能力，最大程度提升每個學生的物理素養，最終實現教—學—考的無縫銜接。

探索Ⅰ：一題多解

1.等效法

1.1 把抽氣拔罐等效成體積增大的容器

p1V1=p2V2

代入數值，可得

p0V0=0.7p0V2

因為抽氣拔罐和彈性袋內的氣體相通，氣體的密度一樣，因此氣體的質量之比就等于體積之比，而抽出氣體的質量就是彈性袋內的氣體質量，所以抽出氣體的質量與抽氣前罐內氣體質量的比值等于彈性袋內氣體的體積與總體積之比。

1.2 把抽氣前氣體等效為分裝在兩個容器內——抽氣拔罐和彈性袋

抽氣前，拔罐中氣體的壓強p1=p0，體積V1=V0，

根據玻意耳定律，

p1V1=p2V2+p0V3

因為抽出去的氣體壓強、溫度和抽氣前拔罐中的氣體狀態相同，即兩者的密度相同，所以抽出去的氣體質量與抽氣前拔罐中氣體的質量之比就等于體積之比。

2.理想氣體狀態方程法

2.1 理想氣體狀態方程定義式

設空氣的摩爾質量為M，抽氣罐內原來的氣體質量為m1；抽氣后，罐中剩余氣體壓強和火罐降溫后的內部氣體壓強相等時，罐中氣體的質量為m2，

以抽氣前的氣體為研究對象，根據理想氣體狀態方程有，

以抽氣后的氣體為研究對象，根據理想氣體狀態方程有，

2.2 理想氣體狀態方程密度式

已知p1=p0，p2=0.7p0

根據④式可得，ρ2=0.7ρ1⑤

抽氣前罐中氣體的質量m1=ρ1V0⑥

培養學生一題多解的能力，不是單純地為了解題，而是為了橫向擴展學生的思維廣度，打破思維定勢，提升科學思維等物理核心素養能力。

探索Ⅱ：一題多變

求解變質量問題通常是將其轉化為定質量問題，本題兩種等效法的求解思想分別是漏氣思想和分裝思想。抽氣類型題有兩種，一是不考慮抽氣的過程，只關注抽氣后的結果，如2020年山東高考物理第15題；二是注重每次抽氣的過程，在教學中，筆者針對具體抽氣過程進行了引申。

該高考原題考查抽氣的問題，實際上是應用漏氣的物理思想，或采用氣體分裝的解題方法求解，原題還缺少充氣模型的方法訓練，為此，我又對此題進行了題意的適當改變。

【變式3】滿足高考原題的條件，當抽氣拔罐在皮膚上留罐結束時，用手打開閥門，短暫時間內(溫度變化不計)，罐與皮膚分離，求通過閥門進入罐內的氣體質量與抽氣前氣體質量之比。

根據歷年高考命題特點，物理選修3-3(新教材選擇性必修四)命題頻率最高的知識點是分子動理論和氣體，分子動理論知識中，宏觀量和微觀量之間的關系是學生的薄弱環節，筆者對題設的火罐內容再次進行了改編加工。

【變式4】滿足高考原題條件下，假設火罐內氣體初始狀態的質量為m0，摩爾質量為M，火罐的體積為V，阿伏伽德羅常數為NA，當氣體溫度降到300 K時，求火罐內氣體的分子數密度。

高考評價體系明確提出：高考試題要具備基礎性、綜合性、應用性和創新性。學生對有關“氣體”高考題的綜合性和創新性有畏懼心理，這種心理的根源在于，備考中沒有形成立體的思維網絡。這不是“題海戰術”能解決的問題，需要用“巧勁”。筆者在教學中通過對高考題進行引申、變化、一題多變，把變質量氣體問題的求解思想和方法進行整合，起到了事半功倍的效果。