2021年全國高考廣東物理卷問題情境特點及其分析策略

劉宇虹 鄧治國

（1.廣州市增城區鄭中鈞中學，廣東 廣州 511300；2.廣州市增城區教師發展中心，廣東 廣州 511300）

高考評價體系中的“四層”考查內容和“四翼”考查要求，是通過情境與情境活動兩類載體來實現的，即通過選取適宜的素材，再現學科理論產生的場景或是呈現現實中的問題情境，讓學生在真實的背景下發揮核心價值的引領作用，運用必備知識和關鍵能力去解決實際問題，全面綜合展現學科素養水平.[1]2021年全國高考廣東物理卷緊跟《中國高考評價體系說明》的觀點，呈現明顯的問題情境特征.為更好發揮高考引導教學的功能，筆者以新高考問題情境為基礎，通過對高考題多角度、深層次研究，提煉“一般解題思路”與“正反相推”、“異中求同”、“殊途同歸”等幾種特殊情境分析策略，以此為抓手促進教師、學生在問題情境中體驗解題思路與物理思維方法，培養學生的物理核心素養.

1 高考廣東物理卷問題情境特點與一般解題思路

2021年全國高考廣東物理卷考題通過大量真實材料進行設計，緊扣我國科技發展、生活生產應用、國防事業、中華民族文化、防疫等方面，體現物理對生產生活、科學技術發展所產生的指導、應用、推動、創新等作用，筆者從主要知識點、情境來源、一般解題思路3個方面梳理，如表1所示.

表1 2021年全國高考廣東物理卷題梳理

續表

續表

從高考問題情境特點來看，僅靠以前的“題海戰術”、“反復多次相同講解”、“只要多做多練就好”的教學難以在高考中贏得先機.因此，在物理試題講評中，以什么方式改變上述現象，如何開展以培養學生的物理核心素養為目標的教學實踐是應當思考的問題.如果說物理教學思路為“以物說理，以理格物”，那么物理試題則需要依托真實情境，巧設問題角度，考察學生用物理語言分析真實情境的能力，用基本概念、規律及其蘊涵模型分析情境的能力.從2021年全國高考廣東物理卷考題具有明顯引導教學功能，對規范師生解題思路具有指導作用.高考試題分析的基本過程為：首先是問題情境轉化為物理圖景（注重動手）、再者是物理圖景轉換成物理模型（注重動腦）、接著是結合概念規律分析適用條件與應用范圍、最后利用數學等工具得出結論.

2 高考問題情境試題的特殊分析方法

在《普通高中物理課程標準》中提出，高中物理課程的目標是要求學生經過學習之后，具有理想信念和社會責任感，具有科學文化素養和終身學習的能力，具有自主發展能力和溝通合作能力.[2]因此，物理解題需開展多角度、深層次的教學策略，以培養學生的物理核心素養為目標，促進學生分析問題和解決問題的能力的提升，既關注學生的情感培育、人文素養和情懷生成，又關注學生的思維提升、能力形成、思想感悟.

2.1 選擇題情境分析：正反相推

例1.（2021年廣東高考物理第2題）2021年4月，我國自主研發的空間站“天和”核心艙成功發射并入軌運行，若核心艙繞地球的運行可視為勻速圓周運動，已知引力常量，由下列物理量能計算出地球質量的是

（A）核心艙的質量和繞地半徑.

（B）核心艙的質量和繞地周期.

（C）核心艙的繞地角速度和繞地周期.

（D）核心艙的繞地線速度和繞地半徑.

該題以我國今年航天航空事業的熱點——“天和”核心艙成功發射為情境，設計了計算地球質量的問題，將國家航天科技的重大發展與萬有引力定律、圓周運動的基本知識相結合，學生在解題的同時了解大國航天重器的發展，滲透人文素養、民族自信和家國情懷.本題的解題策略如下.

首先，根據題干中提到“核心艙繞地球的運行可視為勻速圓周運動”，引導學生將真實情境進行轉化，作出物理情境圖1，調用勻速圓周運動的基本模型.

圖1 核心艙繞地球運行物理情境圖

其次，針對選擇題的題干和選項都有一定已知條件的特點，教師設計正向推理和反向推理兩個角度，促進學生分析問題和解決問題能力的提升.

設地球質量為M，核心艙質量為m，繞地半徑為r，繞地周期為T，核心艙的繞地角速度為ω，核心艙的繞地線速度為v.

角度1：正向推理.

正向推理是指根據題干已知條件進行計算、判斷或推理而得到選項答案.由該題題干可知，核心艙做勻速圓周運動，萬有引力提供向心力.由此可得

因此，需計算出地球質量，除萬有引力常量G外，還需知道的物理量有核心艙的繞地線速度v和繞地半徑r，或者核心艙的繞地角速度ω和繞地半徑r，再或者繞地周期T和繞地半徑r.故正確答案為（D）.

角度2：反向推理.

反向推理是根據題干和選項，將選項條件代入進行計算、判斷或推理得出結果，若符合題干則得到正確選項.

通過正向推理及反向推理，讓學生在解決問題中，懂得解決問題的不同方式.當面對一種角度難以解決新問題時，可嘗試另一角度解決，提升學生解決問題的能力.

2.2 實驗題情境分析：異中求同

例2.（2021年廣東高考物理第11題）某興趣小組測量一緩沖裝置中彈簧的勁度系數，緩沖裝置如圖2所示，固定在斜面上的透明有機玻璃管與水平面夾角為30°，彈簧固定在有機玻璃管底端，實驗過程如下：先沿管軸線方向固定一毫米刻度尺，再將單個質量為200 g的鋼球（直徑略小于玻璃管內徑）逐個從管口滑進，每滑進一個鋼球，待彈簧靜止，記錄管內鋼球的個數n和彈簧上端對應的刻度尺示數Ln，數據如表2所示，實驗過程中彈簧始終處于彈性限度內，采用逐差法計算彈簧壓縮量，進而計算其勁度系數.

圖2 緩沖裝置

表2 測量數據

（1）利用ΔLi=Li+3-Li（i=1，2，3）計算彈簧的壓縮量 ΔL1=6.03 cm，ΔL2=6.08 cm，ΔL3=______cm，壓縮量的平均值________cm；_

（2）上述ΔL是管中增加________個鋼球時產生的彈簧平均壓縮量；

（3）忽略摩擦，重力加速度g取9.80 m／s2，該彈簧的勁度系數為________N／m（結果保留3位有效數字）.

該題是創新性實驗題，源于教材又不拘泥于教材，主要考點為胡克定律與受力分析，在試題的情境設計上進行了創新，改變了教材彈簧的勁度系數實驗的裝置、方法和數據處理方式等，但物理知識“萬變不離其宗”，考核了不同實驗情境下遷移和變通實驗知識的能力.

解題的難點在于理清新實驗的原理，這要求學生需要一定的科學探究能力和思維變通能力，善于改變原有的實驗方式，運用題目給出的新思路進行分析，著力尋求與常規實驗相似的原理和方法，“異中求同”地進行問題的解決，如圖3.該題的解題策略如下.

圖3 “異中求同”的思維過程

（1）異中求同.

尋求與常規實驗相似的原理展開思考.題干“測量一緩沖裝置中彈簧的勁度系數”表明了實驗的目的，比較試題實驗與教材實驗的相同之處后，學生可聯想到實驗蘊含的規律為F=kx，其中x為彈簧形變量.

（2）思維聚焦.

思考試題實驗與教材實驗的不同之處，發現是F與x的測量方式不同.以小球作為研究對象，在斜面上進行受力分析（如圖4），構建受力平衡模型.設彈簧原長為L0，可得放置一個小球時F1=mgsin30°=kx1，x1=L1-L0；放置兩個 小球時F2=2mgsin30°=kx2，x2=L2-L0；放置n個小球時Fn=nmgsin30°=kxn，xn=Ln-L0.

圖4

根據題干“ΔLi=Li+3-Li（i=1，2，3）計算彈簧的壓縮量”可聯想到Δx=ΔLi，由相關彈簧規律ΔF=kΔx，即Fi+3-Fi=k（Li+3-Li）=3mgsinθ，由此理清實驗原理，突破本題難點.

（3）問題解決.

問題（1）解決：根據題中“ΔLi=Li+3-Li”和逐差法提示，代入表格數據進行運算，可得

問題（2）解決：根據kΔLi=k（Li+3-Li）=3mgsinθ，可知ΔL1、ΔL2、ΔL3分別都是對應增加3個小球，所以上述是管中增加3個鋼球時產生的彈簧平均壓縮量.

創新型實驗題一般會融合一些操作實驗、生活、科技等方面的情境，通過“異中求同”的思想方法，讓學生對比、聯想地解決問題.這一思想方法不僅適用于實驗題的解決，也可以成為學生解決未來新問題時的一種能力.

3 計算題情境分析：殊途同歸

例3.（2021年廣東高考物理第13題）算盤是我國古老的計算工具，中心帶孔的相同算珠可在算盤的固定導桿上滑動，使用前算珠需要歸零，如圖5所示，水平放置的算盤中有甲、乙兩顆算珠未在歸零位置，甲靠邊框b，甲、乙相隔s1=3.5×10-2m，乙與邊框a相隔s2=2.0×10-2m，算珠與導桿間的動摩擦因數μ=0.1.現用手指將甲以0.4 m／s的初速度撥出，甲、乙碰撞后甲的速度大小為0.1 m／s，方向不變，碰撞時間極短且不計，重力加速度g取10 m／s2.

圖5

（1）通過計算，判斷乙算珠能否滑動到邊框a；

（2）求甲算珠從撥出到停下所需的時間.

該題以算盤為情境，將中華傳統文化與運動學知識相融合，滲透人文素養和科學素養.問題設計了“乙算珠能否滑動到邊框a”的半開放判斷問題，讓學生自行尋找判斷的物理量，從不同角度對問題作出有理據的判斷，體現了題目解答的自主選擇性和開放性.在解答過程中，學生還可采用不同的物理規律進行運算，例如動能定理、牛頓運動定律、動量守恒定律、動量定理等，最后達到同一結果.解題過程既有統一的標準，又有靈活解題方式，體現了題目設計的“殊途同歸”，展現綜合性的育人方式.學生在審題后需構建模型，分析情景，調用規律，進行解答.

首先，在本題題干中提到“動摩擦因數”、“甲、乙碰撞”等關鍵詞，因此，可引導學生將真實情境進行轉化，構建勻減速直線運動模型和碰撞中的動量守恒模型.

其次，針對靈活解題方式，可從以下角度促進學生分析問題和解決問題能力的提升.設甲初速度為v0，甲、乙碰撞前甲速度為v1，碰撞后甲、乙的速度分為v1′和v2′，甲乙的質量均為m.

（1）第1問的解題策略如下.

殊途1：運用動能定理和動量守恒定律.對甲碰撞前

甲乙碰撞瞬間

判斷方法1：利用位移判斷.碰后，對乙

解得s乙=0.02 m=s2，所以剛好能碰到邊緣a.

判斷方法2：利用末速度判斷.碰后，對乙

解得v乙=0，所以剛好能碰到邊緣a.

殊途2：運用牛頓運動定律和動量守恒定律.

由題意可知，甲乙在導桿上運動為勻減速直線運動，甲乙的加速度都為對甲碰撞前

甲乙碰撞瞬間

判斷方法1：利用位移判斷，設乙碰后到停止運動的位移為s乙，碰后，對乙

解得s乙=0.02 m=s2，所以剛好能碰到邊緣a.

判斷方法2：利用末速度判斷，設乙最終速度為v乙，碰后，對乙

解得v乙=0，所以剛好能碰到邊緣a.

同歸：乙算珠能剛好能碰到邊框a.

（2）第2問的解題策略如下.

殊途1：運用動量定理.

對甲碰撞前

對甲碰撞后

從撥出到停下所需的時間t=t1+t2=0.2 s.

殊途2：運用牛頓運動定律.

對甲碰撞前、后時間分別為

從撥出到停下所需的時間t總=t1+t2=0.2 s.

殊途3：運用v-t圖，面積意義求解.

根據甲的運動情況，可畫出如圖6的v-t圖，其所圍的總面積為甲運動的位移.由幾何求面積，可得

圖6

同歸：甲算珠從撥出到停下所需的時間為0.2 s.

通過以上多途徑、深層次的思考，引導學生構建運動學的完整知識體系和深度理解運動規律，同時可以引導學生比較各種解決方法的優劣，結合自身對于規律和方法的熟練程度，擇優解決方案，加強學生解決問題的能力.

在日常教學中，教師以高考題為基礎，熟悉掌握一般解題思路的背景下，進行問題情境融通教學，根據不同的題型滲透諸如“正反相推”、“異中求同”、“殊途同歸”等情境分析策略與思想方法，通過以情境滲透“情”，讓物理教學具有溫度；以實驗創新“異”，讓物理教學具有新度；以問題多解“途”，讓物理教學具有深度，促進學生核心素養的提升.