淺談新高考模式下高三物理的作業設計

楊鈺玲

(福建省漳州第一中學)

2020年教育部考試中心發布了《中國高考評價體系》,它是高考改革的綱領性文件。文件中提出要以立德樹人作為高考命題的核心要旨,堅持命題與現實熱點、生產生活實踐相結合,著重考查學生的探究意識和深度思維能力,實現從“考知識”向“考能力”轉變。可以說,中國高考命題正式進入了“無思維,不命題”的新時期。

為了更加有效地應對新高考,提高學生的復習效率,筆者認為科學、精準地設計作業,不僅能有效加強學生對學科知識本質的理解,更能幫助學生提高思維能力,提升物理學科的核心素養。筆者結合自己的探索實踐,以《動量守恒定律——動碰靜模型》為例,與大家交流分享下高三作業設計的一些體會與思考。

一、強化物理核心概念考查,夯實基礎知識

高三物理復習教學首要解決的是學生的基礎知識和基本規律的復習。了解知識規律的來龍去脈,透徹理解概念,弄清本質,掌握定律公式及其適用條件等。比如彈性碰撞的動碰靜模型,需要學生知道什么是彈性碰撞,了解彈性碰撞的特點,即碰撞前后系統的動量守恒、動能不變;能掌握彈性碰撞中動碰靜模型的二級結論。為了達成這一目標,在作業設計時我們應該要選擇能再現基礎知識、幫助學生深刻理解概念的基礎性題目。

【例1】2022年第24屆冬季奧運會在北京和張家口舉行。如圖1為運動員投擲冰壺的鏡頭。在某次投擲中,三個完全相同的冰壺甲、乙、丙在一條直線上,且乙、丙靠在一起。當運動員將冰壺甲推出,與乙碰撞前瞬間甲速度為v0,設冰壺間的碰撞為彈性正碰,則碰后三個冰壺的速度可能是( )

圖1

D.v甲=v乙=0,v丙=v0

【答案解析】由題設條件可知三個冰壺在彈性碰撞過程中總動量和總動能不變,D正確。

【設計意圖】本題以2022年冬奧會冰壺比賽為背景,將學科內容和體育運動結合,引導學生熱愛體育運動。試題來源于教材中的迷你實驗室“牛頓搖籃”,考查內容為彈性碰撞中動碰靜模型的特點以及二級結論。重在引導學生高三復習時一定要回歸教材,重視教材中“科學書屋” “迷你實驗室” “課后習題”等豐富的教學資源。

【例2】如圖2所示,小球A、B均靜止在光滑水平面上。現給A球一個向右的初速度,之后與B球發生對心碰撞。下列關于碰后情況,說法正確的是( )

圖2

A.碰后小球A、B一定共速

B.若A球質量等于B球質量,碰后A球一定靜止

C.若A球質量小于B球質量,無論A球初速度大小是多少,A球都將反彈

D.若A、B球發生彈性碰撞,A球質量足夠大,B球質量足夠小,則碰后B球的速度可以是A球的2倍

【設計意圖】本題考查內容為彈性碰撞和非彈性碰撞以及彈性碰撞中動碰靜模型的二級結論。動碰靜模型的二級結論是在兩物體發生彈性碰撞的前提下成立的,學生如果對結論死記硬背,不了解來龍去脈容易造成誤解,再次提醒學生要吃透基礎知識。除此之外,彈性碰撞碰后速度的計算,因為涉及動量守恒和機械能守恒的二元二次方程組的求解,也成為學生的一個計算能力的考查點。

二、重視知識間的內在聯系,提高建模能力

在學生掌握一個個的知識點之后,還要幫助學生梳理知識結構,抓住學科各部分知識之間的縱橫聯系,固化學科知識結構。而規律建模、過程建模、一模多用在這一環節發揮著重要作用。歷年高考對彈性碰撞模型的考查不僅局限于經典模型,還常常涉及許多的“類碰撞”模型,如“物塊—彈簧” “滑塊—斜面或曲面”模型等。這些模型在運動過程、動量問題、能量守恒等方面與彈性碰撞存在著相似性,可以歸結為一個模型(如表1)。這樣的“一模多用”,能夠使學生更好地掌握各知識點間的聯系,加深對知識體系的理解,促進知識遷移能力的培養,提高物理的學科思維。

表1

【例3】如圖3,在光滑水平面上放有一質量為M帶光滑弧形槽的小車,一質量為m的小球以速度v0沿水平槽口滑上小車。求:

圖3

(1)小球能滑至弧形槽內的最大高度(設小球不會從小車右端滑出);

(2)小車的最大速度;

(3)當小球從小車左端脫離后將做什么運動?

當m=M時,v1=0,小球從小車左端脫離后做自由落體運動;

當m>M時,v1>0,小球從小車左端脫離后向右做平拋運動;

當m

三、注重物理試題情境創設,提升核心素養

《中國高考評價體系》提出的“一核”“四層”“四翼”的評價模式,對試題的“情境”要求高,情境是評價的重要載體,是“核心價值金線”和“能力素養銀線”的串聯線。縱觀近幾年的高考試題,都呈現出“無價值,不入題;無情境,不成題”的特征。這要求我們在作業設計時要有意識地聯系社會熱點和生產生活實踐創設試題情境,引導學生從“解題”向“解決問題”轉變。

【例4】物理學中有一種碰撞被稱為“超彈性碰撞”,通過能量的轉移可以使最上面的小球彈起的高度比釋放高度更高。如圖4所示,質量分別為m1和m2的兩個彈性極好的小球A、B疊放在一起,從高度為h處由靜止同時釋放,不計空氣阻力。已知h遠大于兩球半徑,所有碰撞均為彈性碰撞且都發生在豎直方向上。落地瞬間B先與地面碰撞,后與A碰撞。碰撞后B速度恰為零,求:

圖4

(1)落地前瞬間,兩個小球的速度大小v0;

(2)兩個小球的質量之比m1∶m2;

(3)小球A上升的最大高度H。

【設計意圖】本題改編自魯科版物理教材選擇性必修第一冊的課后習題,選取了物理中的“超級碰撞球”這一真實問題情境進行考查,考查學生的信息獲取與加工能力和模型構建能力。該題中先是B與地面的碰撞,屬于極小質量物體碰撞靜止的極大質量物體,考查了動碰靜模型的二級結論;第二次雖然是運動的B和運動的A碰撞,但是因為碰后B速度為0,可以將這個過程逆向思維看成動碰靜模型,從而降低難度。

【例5】隨著科幻電影《流浪地球》的熱映,“引力彈弓效應”進入了公眾的視野。“引力彈弓效應”是指在太空運動的探測器,借助行星的引力來改變自己的速度,發射于1977年的旅行者1號和2號正是引力彈弓效應的受益者。該效應等效為一個無接觸的“彈性碰撞”過程。如圖5以太陽為參考系,質量為M的木星速度為u0,質量為m的探測器以速度v0飛向木星。經過木星作用后,求當探測器運動至A的對稱點B處時,木星和探測器的速度u和v分別是多少。(忽略其他天體引力作用)

圖5

【答案解析】解法一:規定圖中u0方向為正方向,根據動量守恒定律有m(-v0)+Mu0=mv+Mu。

【設計意圖】本題以引力彈弓為背景,引導學生關注科技發展。本題解法二采用了參考系轉換法,該方法中蘊藏了伽利略的慣性參考系等效性原理這一物理思想,將彈性碰撞中的動碰靜和動碰動模型聯系起來,開闊了學生視野,有助于學生開展深度學習。

四、選做高考真題查缺補漏,檢驗復習效果

高考真題有效全面覆蓋所有的知識要點以及高考評價中要求的關鍵能力,是高三復習作業設計最好的材料來源。通過做并研究真題可以使學生深入知識體系,快速掌握高考的重難點,有效提高分析問題、解決問題的能力,同時提前熟悉高考的命題風格,從而在考場上臨危不懼,胸有成竹。彈性碰撞的動碰靜模型屬于高考的熱點和難點,2019年至2022年全國卷加地方卷約命題14次,單獨命題較少,多是與能量等結合的多過程運動的綜合問題(如表2)。但是就動碰靜過程而言,每年考查的難度基本是一致的。在高三復習時,我們可以針對學生不同階段的掌握情況精選其中最具有典型性的真題進行訓練。

表2

【例6】(2022·湖南卷·4)1932年,查德威克用未知射線轟擊氫核,發現這種射線是由質量與質子大致相等的中性粒子(即中子)組成。如圖6,中子以速度v0分別碰撞靜止的氫核和氮核,碰撞后氫核和氮核的速度分別為v1和v2。設碰撞為彈性正碰,不考慮相對論效應,下列說法正確的是( )

圖6

A.碰撞后氮核的動量比氫核的小

B.碰撞后氮核的動能比氫核的小

C.v2大于v1

D.v2大于v0

總之,在高三復習過程中,教師應該依據《中國高考評價體系》,整合教材和高考真題,根據學生能力水平設計出體現基礎性、綜合性、應用性和創新性的作業,幫助學生夯實必備知識,構建知識網絡,提升關鍵能力、培養學科核心素養。