2023年全國高考乙卷理綜第25題的評析與思考

摘 要：2023年全國乙卷理綜第25題為物理壓軸題，綜合性強(qiáng)、運(yùn)動(dòng)過程復(fù)雜、難度大，突出體現(xiàn)了對學(xué)生必備知識(shí)、關(guān)鍵能力和綜合素質(zhì)的考查.本文從命題意圖、試題釋疑、試題解評、教學(xué)思考等方面進(jìn)行探討.

關(guān)鍵詞：彈性碰撞；試題評析；教學(xué)思考

中圖分類號(hào)：G632?? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A?? 文章編號(hào)：1008-0333（2024）01-0100-03

收稿日期：2023-10-05

作者簡介：鄧偉（1976.1-），男，中學(xué)高級教師，從事試題與教學(xué)實(shí)踐研究.

2023年高考全國理綜乙卷物理試題全面落實(shí)教育立德樹人的根本任務(wù).加強(qiáng)教考銜接，遵循課程標(biāo)準(zhǔn)，依托中國高考評價(jià)體系，注重深化物理基礎(chǔ)；增強(qiáng)探究性，突出科學(xué)思維考查和科學(xué)素養(yǎng)考查，注重物理方法的培養(yǎng)，引導(dǎo)教學(xué)注重作業(yè)題、訓(xùn)練題減量提質(zhì)，減少“重復(fù)、機(jī)械刷題”，促使教學(xué)把教材內(nèi)容講全講透，提升課堂效果，形成學(xué)生必備知識(shí)與關(guān)鍵能力.而高考壓軸題作為一份試卷的精華所在，也是高考命題的風(fēng)向標(biāo)，最能體現(xiàn)高考的命題意圖和思想.試題分析就是一線教師與命題者的間接“對話”，應(yīng)充分理解考題的設(shè)計(jì)意圖，從而對高中物理教學(xué)發(fā)揮更加明確的導(dǎo)向作用.

1 原題重現(xiàn)

（2023年全國乙卷理綜第25題）如圖1所示，一豎直固定的長直圓管內(nèi)有一質(zhì)量為M的靜止薄圓盤，圓盤與管的上端口距離為l，圓管長度為20l.一質(zhì)量為m=13M的小球從管的上端口由靜止下落，并撞在圓盤中心，圓盤向下滑動(dòng)，所受滑動(dòng)摩擦力與其所受重力大小相等.小球在管內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)與管壁不接觸，圓盤始終水平，小球與圓盤發(fā)生的碰撞均為彈性碰撞且碰撞時(shí)間極短.不計(jì)空氣阻力，重力加速度大小為g.求：

（1）第一次碰撞后瞬間小球和圓盤的速度大小；

（2）在第一次碰撞到第二次碰撞之間，小球與圓盤間的最遠(yuǎn)距離；

（3）圓盤在管內(nèi)運(yùn)動(dòng)過程中，小球與圓盤碰撞的次數(shù).

2 試題評析

2.1 命題意圖

落實(shí)物理學(xué)科核心素養(yǎng)是2023年全國乙卷理綜第25題命題的最大亮點(diǎn)，物理觀念和科學(xué)思維是物理學(xué)科核心素養(yǎng)的重要組成部分.培養(yǎng)學(xué)生的物理觀念，決定著學(xué)生對物理知識(shí)理解的深入度和應(yīng)用的靈活性，對學(xué)生終生的學(xué)習(xí)和發(fā)展具有重要作用；培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，讓學(xué)生能夠?qū)δＰ徒?gòu)、科學(xué)推理、科學(xué)論證、質(zhì)疑創(chuàng)新等要素和科學(xué)思維方法有機(jī)整合.本題直觀考查了彈性碰撞相關(guān)知識(shí)，深入考查了物理觀念中的物質(zhì)觀、運(yùn)動(dòng)觀、能量觀和科學(xué)思維中的模型建構(gòu)、科學(xué)推理等核心素養(yǎng)的重要方面.在熟悉的情景中，注重考查了學(xué)生是否具有獨(dú)立思考、分析問題和靈活解決問題的科學(xué)思維能力.引導(dǎo)物理課堂應(yīng)跳出題海戰(zhàn)術(shù)，樹立學(xué)生正確的思維方式，提高學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)，為學(xué)生的終生發(fā)展奠基.

2.2 試題釋疑

本題的疑點(diǎn)是第（3）問.小球反復(fù)地追擊圓盤并發(fā)生彈性碰撞，體現(xiàn)在運(yùn)動(dòng)過程復(fù)雜、多次彈性碰撞的計(jì)算難度大，用常規(guī)的分段分析的方法解答，耗時(shí)多，因此對思維方法、規(guī)律把握、解題方法和計(jì)算要求較高.因此，突破疑點(diǎn)應(yīng)抓以下幾個(gè)方面：第一，除碰撞瞬間，小球做加速度為g的勻變速直線運(yùn)動(dòng)，圓盤做對應(yīng)階段的勻速運(yùn)動(dòng)；第二，受限條件是管的總長度20l，但注意圓盤初始位置離上管口為l，可以通過圓盤向下運(yùn)動(dòng)的位移與這一條件建立聯(lián)系；第三，圓盤運(yùn)動(dòng)中受力平衡，小球在管中下降減少的重力勢能轉(zhuǎn)化為小球、圓盤的動(dòng)能；第四，每相鄰兩次碰撞的時(shí)間相同，每次碰撞前后瞬間小球、圓盤的相對速度大小相等，方向相反，即深度掌握和熟練應(yīng)用彈性碰撞規(guī)律.

2.3 試題解析

分析 第（1）問體現(xiàn)了基礎(chǔ)性，考查了勻變速直線運(yùn)動(dòng)（自由落體）和典型碰撞模型彈性碰撞，突顯物理學(xué)科核心素養(yǎng)中的運(yùn)動(dòng)觀與模型建構(gòu)能力.本問物理情景、運(yùn)動(dòng)規(guī)律學(xué)生較熟悉，解答方法較多，比較容易.學(xué)生存在的問題是對“一動(dòng)一靜”式彈性碰撞的方程不會(huì)解或沒有記住碰撞后的速度關(guān)系.

（2）類比成追擊相遇問題，利用v-t圖像求解.

分析 第（2）問在第（1）的基礎(chǔ)上，由單一物體的運(yùn)動(dòng)變成兩個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)，除了運(yùn)動(dòng)與碰撞外，還增加圓盤的受力平衡，難度加大.結(jié)合（1）問碰撞后的速度和圓盤的受力情況，也較為容易分析出小球和圓盤的運(yùn)動(dòng)情況.解答的方法較多，應(yīng)用v-t圖像求解簡便、省時(shí).學(xué)生存在的問題是第（1）問的速度沒有算出，無法進(jìn)行后續(xù)分析.

（3）本問是本題的分水嶺，采用多種方法求解.

解法1 常規(guī)解法，分段分析

解法2 歸納法與能量的結(jié)合

解法3 利用v-t圖像

分析 第（3）問綜合難度大，小球反復(fù)地追擊圓盤并發(fā)生彈性碰撞，運(yùn)動(dòng)過程復(fù)雜、多次彈性碰撞的計(jì)算難度大.這就要求學(xué)生真正理解彈性碰撞的特點(diǎn)，同時(shí)全局把握小球、圓盤的運(yùn)動(dòng)規(guī)律、能量轉(zhuǎn)化情況，從而選擇合適的解題方法.解法1是大多數(shù)學(xué)生都能想到的，但解答過程復(fù)雜、耗時(shí)多，不能完整解答；解法2從整體上分析得出碰撞后瞬間小球、圓盤的速度“通項(xiàng)式”和能量轉(zhuǎn)化關(guān)系，解答較為容易，但學(xué)生不易想到；解法3利用v-t圖像，解法簡潔直觀、思路清晰、運(yùn)算簡單，解答效率更高，且運(yùn)動(dòng)學(xué)圖像也是學(xué)生較熟悉的，但不少學(xué)生不習(xí)慣利用圖像輔助解題［1］.學(xué)生存在的問題是本問綜合性強(qiáng)、難度大，物理過程分析不清，甚至較多學(xué)生無時(shí)間分析而放棄.

3 教學(xué)思考

3.1 解題思維障礙分析

物理教學(xué)過程是引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行觀察、分析、解決問題的過程.然而，在教學(xué)過程中，時(shí)有學(xué)生反映如下問題：（1）課堂上講的內(nèi)容能夠理解，但是再次碰上相同或者相似模型時(shí)，卻感到熟悉又無奈；（2）刷了很多習(xí)題，但是解題過程依然處處碰壁；（3）解題過程中認(rèn)為思路是對的，結(jié)果發(fā)現(xiàn)解答不下去，半途而廢.以上反映在多次彈性碰撞類問題中更為突出.說明學(xué)生并沒有從學(xué)習(xí)活動(dòng)中獲取解決問題的關(guān)鍵能力，主要表現(xiàn)在套用模型導(dǎo)致解題思路固化的思維障礙. 在學(xué)習(xí)構(gòu)建模型過程中，很多學(xué)生選擇把模型記住，在解題過程中直接把記憶中的模型和對應(yīng)的規(guī)律進(jìn)行復(fù)述.而實(shí)際問題的情境是多變的，所需要構(gòu)建的模型也是相應(yīng)變化的，應(yīng)用的規(guī)律、解題的方法也隨之而變，因此學(xué)生的思維在此處脫節(jié)，造成了思維上的障礙.這說明學(xué)生對模型的分析不夠深入，對規(guī)律不能類化、遷移，從而影響解題.

3.2 思維障礙突破策略

隨著新高考的不斷深化，必須正視高考對教學(xué)的引導(dǎo)功能.如果教師還只停留在教給學(xué)生知識(shí)，而不注重學(xué)生分析問題和解決問題能力的提升、解答方法的引導(dǎo)，稍為靈活的試題或壓軸題就會(huì)成為多數(shù)學(xué)生的分水嶺.在2023年全國乙卷理綜第25題第（3）問中，學(xué)生能夠感受到彈性碰撞模型很熟悉，想法可能也很多，但卻無法有效解決問題，熟悉的模型變得不再熟悉［2］.

因此，物理學(xué)科的規(guī)律不是套路，解題過程更不能生搬硬套，而是要把握解決問題的規(guī)律.其中模型、條件可以根據(jù)實(shí)際情境千變?nèi)f化，但是解題的規(guī)律卻是相對穩(wěn)定的，分析透物理規(guī)律，才能選擇靈活的解法.如何利用學(xué)科關(guān)鍵能力解決物理問題是教學(xué)中的重要目標(biāo)，可以把每個(gè)綜合問題（大題）都可分解為多個(gè)小問題（小題），即采用“大題小做”的問題解決模式（如圖2），對問題的分析將更具有可行性.

以本題為例.此問涉及多對象、多階段、多規(guī)律的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)，學(xué)生看完問題后思維容易混亂.若采用大題小做的問題解決模式，本題的思路就比較清晰了.如小題1，小球做自由落體運(yùn)動(dòng)，列勻變速直線運(yùn)動(dòng)方程；小題2，小球與圓盤發(fā)生彈性碰撞，列動(dòng)量守恒和動(dòng)能守恒方程；小題3，由小題2的結(jié)果可得小球做豎直上拋運(yùn)動(dòng)，圓盤受力平衡做勻速直線運(yùn)動(dòng)，類似追擊相遇問題，小球先向上減速然后向下加速追上圓盤并發(fā)生第二次碰撞，列小球、圓盤位移相等方程、勻變速直線運(yùn)動(dòng)速度關(guān)系，彈性碰撞動(dòng)量守恒、動(dòng)能守恒方程；小題4，小球第二次碰撞后瞬間的速度為0，做自由落體運(yùn)動(dòng)，圓盤以第二次碰撞后瞬間的速度做向下勻速直線運(yùn)動(dòng).小球追上圓盤發(fā)生第三次彈性碰撞，列式與小題3相似；再續(xù)分小題，分析思路與小題3、4類似，這就是基本解法.通過基本解法中碰撞前后小球、圓盤的速度關(guān)系分析，能量情況分析，可以靈活選擇其他解法.

4 結(jié)束語

高考試題是經(jīng)過命題專家深思熟慮的結(jié)果，經(jīng)典模型［3］不按“套路”出牌，常考常新是高考試題的亮點(diǎn).通過對2023年全國高考乙卷理綜第25題分析，可以看出試題以經(jīng)典的彈性碰撞模型為基礎(chǔ)，通過受力分析、運(yùn)動(dòng)情況分析、能量角度的思考，考查綜合分析能力、情景類比遷移能力、計(jì)算能力、識(shí)圖作圖能力等，充分落實(shí)物理學(xué)科核心素養(yǎng)中的物理觀念和科學(xué)思維中的運(yùn)動(dòng)觀、能量觀、模型建構(gòu)等方面能力要求.雖然本題物理模型、情景熟悉，但是卻對學(xué)生必備知識(shí)、關(guān)鍵能力的要求很高，需要學(xué)生能夠靈活分析，巧妙解答.這就要求教師在課堂教學(xué)中既要立足于基礎(chǔ)，即立足于物理的基本概念、基本規(guī)律、基本方法和基本技能，又要重視思維方法的引導(dǎo)、拓展，解題方法的訓(xùn)練與提升.高考注重能力的考查，實(shí)際上是考查學(xué)生對基本知識(shí)、基本技能的理解、掌握和結(jié)合實(shí)際的靈活運(yùn)用.對待基礎(chǔ)知識(shí)，一應(yīng)理解和應(yīng)用，二應(yīng)注重歸納與建構(gòu)，三應(yīng)綜合與遷移，落實(shí)學(xué)科關(guān)鍵能力的培養(yǎng).

參考文獻(xiàn)：

［1］ 張其林.巧用數(shù)形結(jié)合 助力物理解題［J］.中學(xué)物理，2022（1）：51-52.

［2］ 曹芳.深耕教材 強(qiáng)化主干 提升素養(yǎng)［J］.物理教學(xué)，2022（9）：57-59.

［3］ 李恒林.抓住題眼巧建模 科學(xué)推理真收獲［J］.物理教師，2022（11）：87-89.

［責(zé)任編輯：李 璟］