從2025年北京高考物理第14題談類比的智慧

類比思想是物理學中一種重要的思維方法.它通過聯想，將異常的、未知的事物（研究對象）與常見的、熟悉的事物（類比對象）進行對比.基于二者之間存在的某種相似或類似關系，從已知對象所具備的特定性質推斷出未知對象可能具備的相應性質.歷史上，許多重大科學發現和技術創新往往得益于這種思維方法的獨特運用.例如，庫侖通過類比萬有引力定律，創立了庫侖定律；麥克斯韋類比變化的磁場產生電場的現象，提出變化的電場也能產生磁場，從而構建了電磁場理論，并預言了電磁波的存在.此外，類比思想在學生學習過程中同樣扮演著重要角色.通過將抽象的物理概念和模型進行類比，可以有效降低學習難度，使學生更易理解新物理概念和模型，從而激發其想象力和學習興趣.

同時，面對學習和生產實踐中遇到的新情境和新問題，學生借助類比遷移，引發對已有知識的聯想，達到觸類旁通的效果，有助于找到探索和解決新問題的有效途徑和方法.

1北京卷類比思想的體現

北京高考物理試卷非常重視對能力、科學思維方法的考查，在試題的取材和設計上新穎別致，匠心獨運，近些年多次對類比思想進行了考查.

例如，2021年第19題落體問題和自感現象的類比、2024年第14題電阻和憶阻器的類比、2025年第13題物質和反物質的類比以及第14題聲波和光波傳播規律的類比.

這類考題通常具備以下特征：

1）情境新穎，但模型熟悉；2）著重考查基礎概念和基本規律；3）借助結構或規律的相似性進行猜想和推導，得出新結論；4）采用螺旋式設問，層層遞進，通過類比思維實現思維層次的躍升.

下面通過賞析2025年北京高考物理第14題，共同體會北京高考物理對類比思想的考查角度.

22025年高考北京卷第14題分析

原題“姑蘇城外寒山寺，夜半鐘聲到客船”.除了夜深人靜的原因，從波傳播的角度分析，特定的空氣溫度分布也可能使聲波傳播清明致遠.聲波傳播規律與光波在介質中傳播規律類似.類比光線，用“聲線\"來描述聲波的傳播路徑.地面上方一定高度 s 處有一個聲源，發出的聲波在空氣中向周圍傳播，聲線示意如圖1所示（不考慮地面的反射）.已知氣溫越高的地方，聲波傳播速度越大.下列說法正確的是（ ）.

圖1

A.從 M 點到 N 點聲波波長變長B. s 點氣溫低于地面C.忽略傳播過程中空氣對聲波的吸收，則從M點到 N 點聲音不減弱D.若將同一聲源移至 N 點，發出的聲波傳播到S點一定沿圖中聲線NMS

2.1素材來源和科學分析

中國古詩中有不少關于夜半鐘聲、深夜琴聲的詩句，例如，“姑蘇城外寒山寺，夜半鐘聲到客船”“琵琶起舞換新聲，總是關山舊別情”.夜間聲音之所以清明致遠，除了夜深人靜，從波傳播的角度分析，特定的空氣溫度分布也可能是導致這一現象的原因.由于聲波在溫度連續變化的大氣中傳播時，發生折射或全反射，聲線也將發生彎曲.在地面附近，聲速 υ 與攝氏溫度t（ ^°C ）的關系式近似為

聲速和氣溫的關系還可通過波動方程推導出公式：

其中γ為空氣絕熱系數， R 為克拉珀龍常量， T 為熱力學溫度， M_mol 為空氣摩爾質量.兩個關系式都表明聲波在氣溫越高的地方，傳播速度越大，且在一 40～ 30^°C 范圍內契合度很高，這個規律在題干中以定性的條件給出.在夜間，地面氣溫一般低于上方空氣氣溫，聲線向下彎曲傳播，如圖1所示.如果在聲源與接收者之間有一座高樓或一座山頭，若聲音直線傳播就不會有聲音到達接收者處，那些障礙物就是很大的“音障”；而實際上，由于聲線的彎曲，聲音可跨越這類“音障”，到達接收者處，使得接收者聽到的聲音清明致遠.

2.2 試題分析

本題以古詩中的“夜半鐘聲”為背景，情境新穎，但模型熟悉，素材選取貼近生活實際，將物理知識與生活現象結合，體現了物理學解釋自然現象的價值，同時，試題引導學生從“夜深人靜”的表象中挖掘更深層的物理原理，層層遞進的問題設計突出考查模型建構、類比遷移和邏輯推理，體現了科學建模和科學思維中“解釋與論證\"的核心素養.

題干中通過“聲線\"描述聲波的傳播路徑，引導學生將復雜的波動現象簡化為幾何路徑問題，此為模型建構.選項A通過類比光線由光疏介質射入光密介質靠近法線偏折的現象，來分析聲波在空氣介質中的折射現象；并分析該過程中描述聲波的波速 υ 、頻率 f 和波長 λ 如何變化.學生由聲波不斷靠近法線偏折不難判斷 υ 不斷減小， f 僅由波源決定，所以傳播過程中保持不變，再由 可得從 M 點到 N 點入不斷減小，故選項A錯誤.該選項注重基礎概念和基本規律的考查.

選項B在判斷 v 不斷減小的基礎上，可得S點氣溫高于地面，故選項B錯誤.“夜半鐘聲”的氣溫分布規律和聲線向下彎曲與“海市蜃樓”中上現蜃景現象的規律相似，學生也可以進行類比.

選項C考查接收者收到的聲音強弱的影響因素和能量守恒思想，聲音強弱由聲源的功率、傳播過程中的吸收情況和距離決定，在其他因素不變的情況下，從 M 點到 N 點，距離聲源越遠，輻射面積越大，則聲音不斷減弱；此選項還可以將聲線類比為電場線，電場線的疏密表示電場的強弱，故從 M 點到 N 點，聲線越來越稀疏，則聲音減弱，選項C錯誤.

選項D可類比光路可逆進行分析.如圖2所示，將靠近地面 N 點的空氣介質微元處理，則可視為均勻介質1和均勻介質2，聲線由介質1中的 P 點傳播至介質2中的 N 點，由光的折射定律類比可知存在唯一的傳播路徑 PQN .若將同一聲源移至 N 點，通過類比光路可逆可知， N 點發出的聲波傳播到 P 點一定沿圖2中聲線NQP.以此類推，對于全程可分析出N 點發出的聲波傳播到 S 點一定沿圖1中唯一的聲線NMS，故選項D正確.

2.3 情境拓展

此題還可以引導學生拓展思考白天的溫度分布對聲波傳播的影響.一般情況下，白天氣溫隨高度增加而降低，所以聲速隨高度增加而減小，聲源發出的聲波在空氣中會向上彎曲，產生如圖3所示的傳播情況.在離聲源較遠的地方會形成靜區，所以在白天汽車鳴笛，遠處的行人聽聞效果不佳.此類情境和沙漠中的下現蜃景情況類似.

圖3

3善用類比智慧的建議

1）強化模型本質理解.在學習中，學生根據具體問題中研究對象所處的物理狀態和發生的物理過程，自主構建相關的模型，并加強對模型中涉及的基本概念和基本規律的理解.

2）建立類比思維資料庫.通過將表面上不同的一些問題歸并到同一類比模型中，不僅可以觸類旁通，更能促使我們深刻認識到物理問題的內涵，也便于找到解題的入口，同時便于對一些問題進行歸納整理、多題歸一.

3）多多觀察生活，關注科技前沿，積極思考和探索現象和科技應用背后的物理本質.

（完）