思維為基 素養(yǎng)為本 揣摩細(xì)節(jié) 導(dǎo)向教學(xué)
——淺析2023年高考新課標(biāo)卷理綜物理第26題

高立艷 孫家干

(安徽省濉溪中學(xué),安徽 淮北 235100)

2023年高考物理貫徹落實(shí)《深化新時(shí)代教育評(píng)價(jià)改革總體方案》要求,依托“一核四層四翼”的高考評(píng)價(jià)體系,強(qiáng)化基礎(chǔ)性,注重綜合性,優(yōu)化情境設(shè)計(jì),增強(qiáng)試題靈活性,加強(qiáng)學(xué)以致用,深化關(guān)鍵能力考查,充分發(fā)揮高考命題的育人功能和積極導(dǎo)向作用.其中,第26題屬于壓軸題,較為綜合,且有一定難度,重在考查考生獲取和整合信息的能力、邏輯推理能力、分析與綜合能力和運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)解決物理問題的能力,體現(xiàn)了新課程命題立意由知識(shí)立意向能力立意的轉(zhuǎn)變.

1 試題賞析

26.一邊長為L、質(zhì)量為m的正方形金屬細(xì)框,每邊電阻為R0,置于光滑的絕緣水平桌面(紙面)上.寬度為2L的區(qū)域內(nèi)存在方向垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,兩虛線為磁場邊界,如圖1所示.

圖1 磁場

(1)使金屬框以一定的初速度向右運(yùn)動(dòng),進(jìn)入磁場.運(yùn)動(dòng)過程中金屬框的左、右邊框始終與磁場邊界平行,金屬框完全穿過磁場區(qū)域后,速度大小降為它初速度的一半,求金屬框的初速度大小.

(2)在桌面上固定兩條光滑長直金屬導(dǎo)軌,導(dǎo)軌與磁場邊界垂直,左端連接電阻R1= 2R0,導(dǎo)軌電阻可忽略,金屬框置于導(dǎo)軌上,如圖2所示.讓金屬框以與(1)中相同的初速度向右運(yùn)動(dòng),進(jìn)入磁場.運(yùn)動(dòng)過程中金屬框的上、下邊框處與導(dǎo)軌始終接觸良好.求在金屬框整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中,電阻R1產(chǎn)生的熱量.

(細(xì)節(jié)1:q=2q1,進(jìn)入過程感應(yīng)出順時(shí)針方向的電流,電荷量為q1,完全進(jìn)入無感應(yīng)電流,q=0,出來過程感應(yīng)出逆時(shí)針方向電流,電荷量也為q1,即整個(gè)過程流過回路總電荷量為2q1.考生易誤認(rèn)為q1或0)

(細(xì)節(jié)2:∑viΔt=2L,產(chǎn)生感應(yīng)電流的總路程為2L,易誤認(rèn)為L或3L)

點(diǎn)撥本小問從動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)切入,重點(diǎn)考查了動(dòng)量定理在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的應(yīng)用,其中安培力沖量的求解是本問的難點(diǎn).考生要仔細(xì)梳理運(yùn)動(dòng)過程,明確(1)產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件(2)動(dòng)量定理中安培力沖量的求解及轉(zhuǎn)換.

評(píng)析此問情景常見,模型經(jīng)典,考查了物理觀念中的物質(zhì)觀念、運(yùn)動(dòng)觀念,其靈活設(shè)置多個(gè)過程,要求考生在深度理解的基礎(chǔ)上強(qiáng)調(diào)融會(huì)貫通,逐步形成對(duì)物理全局性、整體性的認(rèn)識(shí)(如:細(xì)節(jié)1整個(gè)過程流過回路總電荷量為2q1,細(xì)節(jié)2產(chǎn)生感應(yīng)電流的總路程為2L).啟發(fā)我們?cè)谖锢斫虒W(xué)中重視知識(shí)傳授的同時(shí)更要注重問題細(xì)節(jié)的建構(gòu)和分析處理(如:法二中微分思想的深層次應(yīng)用),加強(qiáng)學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng),努力提升學(xué)生分析和解決問題的能力[1].

問題拓展:求金屬框完全進(jìn)入磁場的速度?

(2)過程一:線框進(jìn)入磁場過程中,則線框右邊切割磁感線充當(dāng)電源,如圖3等效電路1

圖3 等效電路1

設(shè)金屬框的初速度為v0,則金屬框進(jìn)入磁場時(shí)的末速度為v1,向右為正方向.故電路中的總電阻

(細(xì)節(jié)3:由于導(dǎo)軌電阻可忽略,此時(shí)金屬框上下部分被短路,此坑大部分考生意想不到,導(dǎo)致總電阻求錯(cuò))

則Qr內(nèi):QR0∶QR1=9∶4∶2)

過程二:線框完全進(jìn)入磁場中,則線框左右兩邊均切割磁感線充當(dāng)電源,如圖4等效電路2

圖4 等效電路2

(細(xì)節(jié)5:此過程不同于(1)問,線框完全進(jìn)入磁場,左右兩相同邊同時(shí)產(chǎn)生相同的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),由于接有外阻,相當(dāng)于兩電源并聯(lián)與外阻形成閉合回路,兩電流都流向外阻,回路中會(huì)有感應(yīng)電流.易誤認(rèn)為感應(yīng)電流為0)

評(píng)析本問在(1)問基礎(chǔ)上靈活創(chuàng)新改變?cè)O(shè)問角度,加入雙軌又外接電阻融入了閉合電路歐姆定律和能量守恒,增添了能量觀念的考查.幾個(gè)細(xì)節(jié)的設(shè)置新穎巧妙,增加了試題的區(qū)分度及難度,可以充分體現(xiàn)考生的物理學(xué)科核心素養(yǎng).如細(xì)節(jié)3金屬框上下部分被短路,此坑很深,出乎預(yù)料,考查考生及時(shí)洞悉問題細(xì)節(jié),高效獲取題干信息的能力,體現(xiàn)認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度;細(xì)節(jié)4熱量分配并非簡單的比例關(guān)系,復(fù)雜性提高,要求考生具備較高的邏輯推理及數(shù)學(xué)計(jì)算能力;細(xì)節(jié)5線框完全進(jìn)入磁場,在等效電路的基礎(chǔ)上深入考查了等效電源問題,(1)(2)兩問不同情景的對(duì)比,開闊了考生的認(rèn)知,引發(fā)考生深入思考,此創(chuàng)新處為本題的亮點(diǎn),內(nèi)化了分析綜合、推理論證的科學(xué)思維.故本小問引導(dǎo)考生在正確思想觀念引領(lǐng)下,在綜合情景中綜合運(yùn)用多種知識(shí)或技能靈活地解決物理問題,凸顯出試題的靈活性、創(chuàng)新性、綜合性和探究性[2].

問題拓展:試說明(1)若v2<0,情況是怎樣的?(2)若v2>0,結(jié)果又如何?

(1)若v2<0,說明線框沒出磁場就停止運(yùn)動(dòng),結(jié)果和本題一樣.

(2)若v2>0,說明線框右邊已出磁場,要進(jìn)一步分析是否完全穿出,求出剛好完全穿出時(shí)的速度v3(等效電路及解題過程與進(jìn)入過程一相同),若v3≥0,說明完全穿出磁場,之后靜止或勻速運(yùn)動(dòng),若v3<0,說明未完全穿出磁場已停止運(yùn)動(dòng).再求出相應(yīng)過程電阻R1產(chǎn)生的熱量即可[3].

該題結(jié)合動(dòng)量定理考查電磁感應(yīng)綜合知識(shí)屬于經(jīng)典題型,模型常規(guī),思路清晰,解題的關(guān)鍵是把握好題中的6個(gè)細(xì)節(jié).常言道,細(xì)節(jié)決定成敗.這些細(xì)節(jié)突出了本題的特點(diǎn):注重深化基礎(chǔ),豐富創(chuàng)設(shè)情景,深挖問題細(xì)節(jié),增強(qiáng)試題探究性,凸顯思維考查,培養(yǎng)關(guān)鍵能力,發(fā)展物理學(xué)科核心素養(yǎng),服務(wù)拔尖創(chuàng)新人才的選拔.

2 教學(xué)啟示

該試題很好地落實(shí)了 “一核四層四翼”的高考評(píng)價(jià)體系.在“雙減”背景下,對(duì)高中物理教學(xué)具有很強(qiáng)的指導(dǎo)性.至少有以下3點(diǎn)啟示:

(1)經(jīng)典題型常考常新,教學(xué)中要立足經(jīng)典,多角度,多層次去認(rèn)識(shí),分析,解決問題.

(2)注重關(guān)鍵能力的培養(yǎng),教學(xué)中要巧設(shè)問題情景,啟發(fā)學(xué)生深度思考,開拓思維,探究創(chuàng)新.

(3)關(guān)注細(xì)節(jié)和變化,教學(xué)中要注重過程分析引導(dǎo)學(xué)生揣摩易錯(cuò)細(xì)節(jié),洞悉問題變化,努力提升學(xué)生分析和解決問題的能力.