从2014年高考看STS物理试题的创新路径

谢春

新课程改革日趋成熟，教育教学重心的转移随之显而易见，诸多的教育教学主渠道对学生终身发展需求的关注度日渐升温。作为教育教学方向有着标杆意义的高考试题，近几年一直对STS试题革故鼎新。本文针对2014年各地高考物理STS试题命题的创新，分别从优化应用情境、增强创新意识，挖掘探究题材、提升研究水平，开发思维活动、发展科学素养等路径分类阐述，并在此基础上分析其启示。

“体验科学探究过程，了解科学研究方法，增强创新意识和实践能力。认识物理学对科技进步以及文化、经济和社会发展的影响；为终身发展，形成科学世界观和科学价值观打下基础”。这是对“一切为了学生，为了一切学生，为了学生一切”新教育理念清楚明了的诠释，教育教学由以知识本位、学科本位转向以学生的终身发展为本。物理作为与科学·技术·社会联系紧密的学科，更应该将知识与教育有机结合起来，突出科学和技术的社会价值，使学生懂得知识的实用价值和社会价值，为学生终身发展奠基。无独有偶，近几年来各地高考物理命题对于联系科学·技术·社会的STS试题青睐有加，其创新力度只增不减，体现高考从内容、从导向等方面都支持课程改革，也正切合当今重视学生科学素养的要求。本文就2014年高考物理试卷中STS类试题的创新路径进行分类探析。

一、优化与时俱进的应用情境，以增强创新意识

物理是一门实践性、应用性、实验性很强的学科，物理源于自然世界，物理植根于自然世界。学科特点决定着相关教学活动应始终保持知识、实践并重。现代科学技术的新发展、新成果、新成就日新月异，这就意味着物理教学题材应具有时代气息，使学生学习的视野与时俱进。

【例1】（2014·江苏高考）如图1所示，在线圈上端放置一盛有冷水的金属杯，现接通交流电源，过了几分钟，杯内的水沸腾起来。若要缩短上述加热时间，下列措施可行的有

A. 增加线圈的匝数

B. 提高交流电源的频率

C. 将金属杯换为瓷杯

D. 取走线圈中的铁芯

解读：该题材不再是教材中现成内容，而是要求学生将电磁感应知识应用到从为见识过的新情境。只有找到“热水器”加热的物理原因，才能对加热效果进行改造。在线圈产生的交变磁场影响下，金属杯产生涡流现象是导致杯内的水烧热的原因。根据法拉第电磁感应定律可知，若线圈匝数越多、交流电源频率越高，则在金属杯内产生的涡流现象越强烈，加热效果较好；如果取走铁芯，则穿过金属杯磁通量变化率较小，杯内涡流现象较弱，加热效果不好；如果将金属杯换为瓷杯，则杯内不会产生涡流现象，也就不会产生加热效果。

启示：（1）要顺利实现学以致用，首先须转变学生学习观念。扎实学习知识固然重要，但不可以是孤立地学习科学知识，否则知识失去实用价值和社会价值；（2）高考命制STS试题体现命题专家促进教学拓宽学生学习视野的匠心。2014年高考中，广东试题取材于列车车厢之间的摩擦缓冲器考查了能量转化与守恒；山东试题取材于设想“玉兔”从月球表面与绕月飞船对接过程，考查功能关系；浙江试题取材于太空飞行器中的离子推进器，考查带电粒子在磁场中的运动问题。都要求学生从发展的角度去观察周围的世界。STS试题将会有效促进增强学生创新意识、培养学生应对新生事物的能力。

二、挖掘形式多样的探究题材，以提升研究水平

新课程标准强调“高中物理课程应通过多样化的教学方式，帮助学生学习物理知识与技能，培养其科学探究能力。”据美国国家研究理事会1996发布的《美国国家科学教育标准》，科学探究在教育上指的是“让学生们用以获取知识、领悟科学的思想观念、领悟科学家们研究自然界所用的方法而进行的各种活动。”

科学规律的发现离不开科学探究，而科学探究可以分为理论探究和实验探究。两种探究方式各有利弊、相得益彰，无可替代、相辅相成。比如研究平抛运动的分运动时，部分教师如果仅仅运用牛顿运动定律进行分析，告诉学生“由于平抛物体在竖直方向没有初速度且只受重力，所以其竖直方向做自由落体运动”，从教学手段看，则有“重讲授、轻活动，重知识、轻方法，重结论、轻过程”之嫌。从教学目标看，不利于让学生对物理规律的探索方式全面的认识。怎样选择合适的探究方式，下面两道高考试题给出了很好的诠释。

【例2】（2014·江苏高考）为了验证平抛运动的金属小球在竖直方向上做自由落体运动，用如图2所示的装置进行实验。小锤打击弹性金属片，A球水平抛出，同时B球被松开，自由下落。关于该实验，下列说法中正确的有

A. 两球的质量应相等

B. 两球应同时落地

C. 应改变装置的高度，多次实验

D. 实验也能说明A球在水平方向上做匀速直线运动

解读：在“小锤打击弹性金属片，A球水平抛出，同时B球被松开，自由下落”中，我们通过监听两球落地声音，会发现两球同时落地。为了使实验结论具有普遍性，应该改变A、B最初高度、改变小锤对金属片的打击力度、适当改变金属小球质量，总会观察到两球同时落地，这说明两球在竖直方向的运动情况总一致，即平抛运动小球A在竖直方向上做自由落体运动。但该实验不能说明小球A在水平方向做何种运动。

启示：本试题彰显实验探究的重要意义在于：在平抛运动规律的探究中，采用实验探究的教学方式给学生带来的收获无可替代。在实验探究方式中，我们可以不再重结果，而是让学生体会科学发现过程和科学方法。甚至将发现问题、设计方案、动手操作、分析归纳等探究环节设计为由学生自主、合作完成，其目标重心从重视知识向重视科学方法转移、向重视探索能力转移，更有利于学生终生发展。

【例3】（2014·全国高考）现用频闪照相方法来研究物块的变速运动。在一小物块沿斜面向下运动的过程中，用频闪相机拍摄的不同时刻物块的位置如图3所示。拍摄时频闪频率是f=10Hz；通过斜面上固定的刻度尺读取的5个连续影像间的距离依次为x1、x2、x3、x4。已知斜面顶端的高度h和斜面的长度s。数据如下表所示。重力加速度大小g=9.80m/s2。endprint

根据表中数据，完成下列填空：

⑴物块的加速度a= m/s2（保留3位有效数字）；

⑵因为 ，可知斜面是粗糙的。

解读： （1）根据逐差法可得（x3+x4）-（x1+x2）=a（2T）2，其中T=

可得a=·f 2，代入数据得a=4.30m/s2

（2） 若斜面光滑，则根据牛顿第二定律有mgsin？兹=ma′，其中sin？兹=

可得a=g·，代入数据得a=5.88m/s2

而物块沿斜面实际下滑加速度a

启示：试题先后运用了实验探究和理论探究：首先要求运用频闪照相机、刻度尺等测定物块的真实加速度；再根据牛顿第二定律计算假设斜面光滑情况下物块加速度，通过比较得出结论。很明显，实验探究也不是解决实际问题的唯一途径。针对不同的需要，应该灵活地对探究方式相机而择，充分发挥每一种探究方式的作用。

三、开发别开生面的思维活动，以培育科学素养

将物理学与生活、生产、现代科技联系起来反映物理学习的时代特征，使学生学会用现代观念看待物理知识、物理方法和解决问题的能力，使学生意识到物理学在现代科技乃至将来科技发展中所起的或将会起到的作用，从而培养学生学习的科学观、科学态度、科学精神和科学方法。实施新课程其教学目标是将要进一步提高学生科学素养，满足学生终身发展需要。为此，提高研究物理问题能力，发展学生物理思维方法，培养学生科学思想更加具有深远意义。

1. 将现实情境转换为理想模型，渗透抽象思维方法.

【例4】（2014·广东高考）用密封性好、充满气体的塑料袋包裹易碎品，如图4所示，充气袋四周被挤压时，假设袋内气体与外界无热交换，则袋内气体

A. 体积减小，内能增大

B. 体积减小，压强减小

C. 对外界做负功，内能增大

D. 对外界做正功，压强减小

解读：学生运用物理知识分析前，首先须明白研究的气体属于理想气体还是实际气体。依据题意知：充气囊属于普通的塑料袋，因而袋内气体为处于常温、常压，可以推理知气体分子之间作用力可以忽略不计，分子间距足够大，即分子本身大小可忽略不计。所以本题充气囊内气体可视作理想气体。

充气袋四周被挤压时，外界对气体做正功，但袋内气体与外界无热交换，根据热力学第一定律可知，气体内能增加。

充气袋四周被挤压时，体积减小；而内能增加，温度升高；根据气态方程可知，气体压强增大。

启示：STS类物理问题往往反映的真实的、复杂的情境，而部分学生所学的可能往往是纯化的、抽象的模型。因而真实情境与抽象知识之间可能存在鸿沟。要顺利解决STS类问题，就需要在真实情境与抽象知识之间“牵线搭桥”，即在一定的场合和条件下，考虑对实际物理现象来说是主要的、本质的特征，忽略次要的、非本质的因素，建立理想模型。

由解答本题存在的困扰点可看出：在物理教学中，学生面临的问题不可缺乏物理背景，严重脱离实际、脱离社会，千篇一律的高度模型化、抽象化的东西。建立知识与复杂、隐蔽的现实情境之间“桥梁”的还得由学生亲自完成，这样的物理问题才更具有实际意义。

2. 从多元角度审视现实状况，培养发散思维意识.

【例5】（2014·北京高考）应用物理知识分析生活中的常见现象，可以使物理学习更加有趣和深入。例如平伸手掌托起物体，由静止开始竖直向上运动，直至将物体抛出。对此现象分析正确的是

A. 手托物体向上运动的过程中，物体始终处于超重状态

B. 手托物体向上运动的过程中，物体始终处于失重状态

C. 在物体离开手的瞬间，物体的加速度大于重力加速度

D. 在物体离开手的瞬间，手的加速度大于重力加速度

解读：本题属于动力学知识联系实际的问题。从静止到将物体向上抛出过程中，物体速度方向一直向上，但其加速度方向不一定一直向上。先做加速运动，但后段的运动可能做减速运动、也可能做匀速运动，故物体向上全程运动不一定一直处于超重状态；物体脱手瞬间，由于仅受重力作用，故根据牛顿第二定律可知其加速度等于重力加速度。

启示：受种种因素的约束，物理课堂教学往往“按方取药”，其教学内容是封闭的、教学形式单一的，学生只能收获类似流水线式作业产品。像本试题一样，只有联系STS的现代生活、生产、科技等问题，经常性地渗透更新颖、更复杂的物理情境，完全突破了教材上哪些程序化问题想限制，要求学生学会用物理的眼光观察周围的世界，以发散的思维审视物理情境更，才有利于开拓学生视野、避免学生思维固化，培养发散思维能力。

3. 分多个层次思考现实情境，培养综合分析能力.

【例6】（2014·浙江高考）离子推进器是太空飞行器常用的动力系统，某种推进器设计的简化原理如图5（甲）所示，截面半径为R的圆柱腔分为两个工作区。为电离区，将氙气电离获得1价正离子；II为加速区，长度为L，两端加有电压，形成轴向的匀强电场。I区产生的正离子以接近0的初速度进入II区，被加速后以速度vM从右侧喷出。区内有轴向的匀强磁场，磁感应强度大小为B，在离轴线R/2处的C点持续射出一定速度范围的电子。假设射出的电子仅在垂直于轴线的截面上运动，截面如图5（乙）所示（从左向右看）。电子的初速度方向与中心O点和C点的连线成α角（0<α≤90°）。推进器工作时，向区注入稀薄的氙气。电子使氙气电离的最小速度为v0，电子在I区内不与器壁相碰且能到达的区域越大，电离效果越好。已知离子质量为M；电子质量为m，电量为e。（电子碰到器壁即被吸收，不考虑电子间的碰撞）。

（1）求II区的加速电压及离子的加速度大小；

（2）为取得好的电离效果，请判断I区中的磁场方向（按图5说明是“垂直纸面向里”或“垂直纸面向外”）；

（3）ɑ为90° 时，要取得好的电离效果，求射出的电子速率v的范围；

（4）要取得好的电离效果，求射出的电子最大速率vM与α角的关系。

解读：（1）对于正离子，由动能定理eU=MvM 2，得U=

根据牛顿第二定律eE=Ma，E=，得a=

（2）要取得较好的电离效果，电子须在出射方向左边做匀速圆周运动，即沿逆时针方向做圆周运动，根据左手定则知：磁场方向垂直纸面向外。

（3）设电子运动的最大半径为r，如图6所示，可得2r=R

根据牛顿第二定律eBv=m

得v0≤v≤；磁感应强度满足B>

（4）如图7所示，根据几何关系3R=4r（2-sina）

得：vm=。

启示：（1）本题以太空飞行器中的离子推进器（动力系统）为题材，涉及力学、静电场、磁场及数学几何知识等内容，既联系实际，又有机地切合物理知识进行应用，实现了高起点、底落点的衔接方式。（2）像本题综合动能定理、牛顿运动定律、静电场场强、圆周运动向心力、左手定则、洛仑兹力及数学几何知识诸多知识点一样，STS试题强调在综合性学习背景中运用知识和方法，因而其情境更趋近真实世界，其包含的内容更复杂，解决问题的方法更综合。当然更有利于培养学生综合处理问题的实干能力。

学生的应对新生事物的能力不是“自然而然”就能完成的，它需要教师精心设计和培养。受2014年各地高考物理STS试题的启发，优化应用情境、增强创新意识，挖掘探究题材、提升研究水平，开发思维活动、发展科学素养的路径值得我们继续开发和研究，只有采取多路并举的创新措施，才能更好地为学生终身发展打下扎实的基础。

（作者单位：广东实验中学）

责任编校 李平安

根据表中数据，完成下列填空：

⑴物块的加速度a= m/s2（保留3位有效数字）；

⑵因为 ，可知斜面是粗糙的。

解读： （1）根据逐差法可得（x3+x4）-（x1+x2）=a（2T）2，其中T=

可得a=·f 2，代入数据得a=4.30m/s2

（2） 若斜面光滑，则根据牛顿第二定律有mgsin？兹=ma′，其中sin？兹=

可得a=g·，代入数据得a=5.88m/s2

而物块沿斜面实际下滑加速度a

启示：试题先后运用了实验探究和理论探究：首先要求运用频闪照相机、刻度尺等测定物块的真实加速度；再根据牛顿第二定律计算假设斜面光滑情况下物块加速度，通过比较得出结论。很明显，实验探究也不是解决实际问题的唯一途径。针对不同的需要，应该灵活地对探究方式相机而择，充分发挥每一种探究方式的作用。

三、开发别开生面的思维活动，以培育科学素养

将物理学与生活、生产、现代科技联系起来反映物理学习的时代特征，使学生学会用现代观念看待物理知识、物理方法和解决问题的能力，使学生意识到物理学在现代科技乃至将来科技发展中所起的或将会起到的作用，从而培养学生学习的科学观、科学态度、科学精神和科学方法。实施新课程其教学目标是将要进一步提高学生科学素养，满足学生终身发展需要。为此，提高研究物理问题能力，发展学生物理思维方法，培养学生科学思想更加具有深远意义。

1. 将现实情境转换为理想模型，渗透抽象思维方法.

【例4】（2014·广东高考）用密封性好、充满气体的塑料袋包裹易碎品，如图4所示，充气袋四周被挤压时，假设袋内气体与外界无热交换，则袋内气体

A. 体积减小，内能增大

B. 体积减小，压强减小

C. 对外界做负功，内能增大

D. 对外界做正功，压强减小

解读：学生运用物理知识分析前，首先须明白研究的气体属于理想气体还是实际气体。依据题意知：充气囊属于普通的塑料袋，因而袋内气体为处于常温、常压，可以推理知气体分子之间作用力可以忽略不计，分子间距足够大，即分子本身大小可忽略不计。所以本题充气囊内气体可视作理想气体。

充气袋四周被挤压时，外界对气体做正功，但袋内气体与外界无热交换，根据热力学第一定律可知，气体内能增加。

充气袋四周被挤压时，体积减小；而内能增加，温度升高；根据气态方程可知，气体压强增大。

启示：STS类物理问题往往反映的真实的、复杂的情境，而部分学生所学的可能往往是纯化的、抽象的模型。因而真实情境与抽象知识之间可能存在鸿沟。要顺利解决STS类问题，就需要在真实情境与抽象知识之间“牵线搭桥”，即在一定的场合和条件下，考虑对实际物理现象来说是主要的、本质的特征，忽略次要的、非本质的因素，建立理想模型。

由解答本题存在的困扰点可看出：在物理教学中，学生面临的问题不可缺乏物理背景，严重脱离实际、脱离社会，千篇一律的高度模型化、抽象化的东西。建立知识与复杂、隐蔽的现实情境之间“桥梁”的还得由学生亲自完成，这样的物理问题才更具有实际意义。

2. 从多元角度审视现实状况，培养发散思维意识.

【例5】（2014·北京高考）应用物理知识分析生活中的常见现象，可以使物理学习更加有趣和深入。例如平伸手掌托起物体，由静止开始竖直向上运动，直至将物体抛出。对此现象分析正确的是

A. 手托物体向上运动的过程中，物体始终处于超重状态

B. 手托物体向上运动的过程中，物体始终处于失重状态

C. 在物体离开手的瞬间，物体的加速度大于重力加速度

D. 在物体离开手的瞬间，手的加速度大于重力加速度

解读：本题属于动力学知识联系实际的问题。从静止到将物体向上抛出过程中，物体速度方向一直向上，但其加速度方向不一定一直向上。先做加速运动，但后段的运动可能做减速运动、也可能做匀速运动，故物体向上全程运动不一定一直处于超重状态；物体脱手瞬间，由于仅受重力作用，故根据牛顿第二定律可知其加速度等于重力加速度。

启示：受种种因素的约束，物理课堂教学往往“按方取药”，其教学内容是封闭的、教学形式单一的，学生只能收获类似流水线式作业产品。像本试题一样，只有联系STS的现代生活、生产、科技等问题，经常性地渗透更新颖、更复杂的物理情境，完全突破了教材上哪些程序化问题想限制，要求学生学会用物理的眼光观察周围的世界，以发散的思维审视物理情境更，才有利于开拓学生视野、避免学生思维固化，培养发散思维能力。

3. 分多个层次思考现实情境，培养综合分析能力.

【例6】（2014·浙江高考）离子推进器是太空飞行器常用的动力系统，某种推进器设计的简化原理如图5（甲）所示，截面半径为R的圆柱腔分为两个工作区。为电离区，将氙气电离获得1价正离子；II为加速区，长度为L，两端加有电压，形成轴向的匀强电场。I区产生的正离子以接近0的初速度进入II区，被加速后以速度vM从右侧喷出。区内有轴向的匀强磁场，磁感应强度大小为B，在离轴线R/2处的C点持续射出一定速度范围的电子。假设射出的电子仅在垂直于轴线的截面上运动，截面如图5（乙）所示（从左向右看）。电子的初速度方向与中心O点和C点的连线成α角（0<α≤90°）。推进器工作时，向区注入稀薄的氙气。电子使氙气电离的最小速度为v0，电子在I区内不与器壁相碰且能到达的区域越大，电离效果越好。已知离子质量为M；电子质量为m，电量为e。（电子碰到器壁即被吸收，不考虑电子间的碰撞）。

（1）求II区的加速电压及离子的加速度大小；

（2）为取得好的电离效果，请判断I区中的磁场方向（按图5说明是“垂直纸面向里”或“垂直纸面向外”）；

（3）ɑ为90° 时，要取得好的电离效果，求射出的电子速率v的范围；

（4）要取得好的电离效果，求射出的电子最大速率vM与α角的关系。

解读：（1）对于正离子，由动能定理eU=MvM 2，得U=

根据牛顿第二定律eE=Ma，E=，得a=

（2）要取得较好的电离效果，电子须在出射方向左边做匀速圆周运动，即沿逆时针方向做圆周运动，根据左手定则知：磁场方向垂直纸面向外。

（3）设电子运动的最大半径为r，如图6所示，可得2r=R

根据牛顿第二定律eBv=m

得v0≤v≤；磁感应强度满足B>

（4）如图7所示，根据几何关系3R=4r（2-sina）

得：vm=。

启示：（1）本题以太空飞行器中的离子推进器（动力系统）为题材，涉及力学、静电场、磁场及数学几何知识等内容，既联系实际，又有机地切合物理知识进行应用，实现了高起点、底落点的衔接方式。（2）像本题综合动能定理、牛顿运动定律、静电场场强、圆周运动向心力、左手定则、洛仑兹力及数学几何知识诸多知识点一样，STS试题强调在综合性学习背景中运用知识和方法，因而其情境更趋近真实世界，其包含的内容更复杂，解决问题的方法更综合。当然更有利于培养学生综合处理问题的实干能力。

学生的应对新生事物的能力不是“自然而然”就能完成的，它需要教师精心设计和培养。受2014年各地高考物理STS试题的启发，优化应用情境、增强创新意识，挖掘探究题材、提升研究水平，开发思维活动、发展科学素养的路径值得我们继续开发和研究，只有采取多路并举的创新措施，才能更好地为学生终身发展打下扎实的基础。

（作者单位：广东实验中学）

责任编校 李平安

根据表中数据，完成下列填空：

⑴物块的加速度a= m/s2（保留3位有效数字）；

⑵因为 ，可知斜面是粗糙的。

解读： （1）根据逐差法可得（x3+x4）-（x1+x2）=a（2T）2，其中T=

可得a=·f 2，代入数据得a=4.30m/s2

（2） 若斜面光滑，则根据牛顿第二定律有mgsin？兹=ma′，其中sin？兹=

可得a=g·，代入数据得a=5.88m/s2

而物块沿斜面实际下滑加速度a

启示：试题先后运用了实验探究和理论探究：首先要求运用频闪照相机、刻度尺等测定物块的真实加速度；再根据牛顿第二定律计算假设斜面光滑情况下物块加速度，通过比较得出结论。很明显，实验探究也不是解决实际问题的唯一途径。针对不同的需要，应该灵活地对探究方式相机而择，充分发挥每一种探究方式的作用。

三、开发别开生面的思维活动，以培育科学素养

将物理学与生活、生产、现代科技联系起来反映物理学习的时代特征，使学生学会用现代观念看待物理知识、物理方法和解决问题的能力，使学生意识到物理学在现代科技乃至将来科技发展中所起的或将会起到的作用，从而培养学生学习的科学观、科学态度、科学精神和科学方法。实施新课程其教学目标是将要进一步提高学生科学素养，满足学生终身发展需要。为此，提高研究物理问题能力，发展学生物理思维方法，培养学生科学思想更加具有深远意义。

1. 将现实情境转换为理想模型，渗透抽象思维方法.

【例4】（2014·广东高考）用密封性好、充满气体的塑料袋包裹易碎品，如图4所示，充气袋四周被挤压时，假设袋内气体与外界无热交换，则袋内气体

A. 体积减小，内能增大

B. 体积减小，压强减小

C. 对外界做负功，内能增大

D. 对外界做正功，压强减小

解读：学生运用物理知识分析前，首先须明白研究的气体属于理想气体还是实际气体。依据题意知：充气囊属于普通的塑料袋，因而袋内气体为处于常温、常压，可以推理知气体分子之间作用力可以忽略不计，分子间距足够大，即分子本身大小可忽略不计。所以本题充气囊内气体可视作理想气体。

充气袋四周被挤压时，外界对气体做正功，但袋内气体与外界无热交换，根据热力学第一定律可知，气体内能增加。

充气袋四周被挤压时，体积减小；而内能增加，温度升高；根据气态方程可知，气体压强增大。

启示：STS类物理问题往往反映的真实的、复杂的情境，而部分学生所学的可能往往是纯化的、抽象的模型。因而真实情境与抽象知识之间可能存在鸿沟。要顺利解决STS类问题，就需要在真实情境与抽象知识之间“牵线搭桥”，即在一定的场合和条件下，考虑对实际物理现象来说是主要的、本质的特征，忽略次要的、非本质的因素，建立理想模型。

由解答本题存在的困扰点可看出：在物理教学中，学生面临的问题不可缺乏物理背景，严重脱离实际、脱离社会，千篇一律的高度模型化、抽象化的东西。建立知识与复杂、隐蔽的现实情境之间“桥梁”的还得由学生亲自完成，这样的物理问题才更具有实际意义。

2. 从多元角度审视现实状况，培养发散思维意识.

【例5】（2014·北京高考）应用物理知识分析生活中的常见现象，可以使物理学习更加有趣和深入。例如平伸手掌托起物体，由静止开始竖直向上运动，直至将物体抛出。对此现象分析正确的是

A. 手托物体向上运动的过程中，物体始终处于超重状态

B. 手托物体向上运动的过程中，物体始终处于失重状态

C. 在物体离开手的瞬间，物体的加速度大于重力加速度

D. 在物体离开手的瞬间，手的加速度大于重力加速度

解读：本题属于动力学知识联系实际的问题。从静止到将物体向上抛出过程中，物体速度方向一直向上，但其加速度方向不一定一直向上。先做加速运动，但后段的运动可能做减速运动、也可能做匀速运动，故物体向上全程运动不一定一直处于超重状态；物体脱手瞬间，由于仅受重力作用，故根据牛顿第二定律可知其加速度等于重力加速度。

启示：受种种因素的约束，物理课堂教学往往“按方取药”，其教学内容是封闭的、教学形式单一的，学生只能收获类似流水线式作业产品。像本试题一样，只有联系STS的现代生活、生产、科技等问题，经常性地渗透更新颖、更复杂的物理情境，完全突破了教材上哪些程序化问题想限制，要求学生学会用物理的眼光观察周围的世界，以发散的思维审视物理情境更，才有利于开拓学生视野、避免学生思维固化，培养发散思维能力。

3. 分多个层次思考现实情境，培养综合分析能力.

【例6】（2014·浙江高考）离子推进器是太空飞行器常用的动力系统，某种推进器设计的简化原理如图5（甲）所示，截面半径为R的圆柱腔分为两个工作区。为电离区，将氙气电离获得1价正离子；II为加速区，长度为L，两端加有电压，形成轴向的匀强电场。I区产生的正离子以接近0的初速度进入II区，被加速后以速度vM从右侧喷出。区内有轴向的匀强磁场，磁感应强度大小为B，在离轴线R/2处的C点持续射出一定速度范围的电子。假设射出的电子仅在垂直于轴线的截面上运动，截面如图5（乙）所示（从左向右看）。电子的初速度方向与中心O点和C点的连线成α角（0<α≤90°）。推进器工作时，向区注入稀薄的氙气。电子使氙气电离的最小速度为v0，电子在I区内不与器壁相碰且能到达的区域越大，电离效果越好。已知离子质量为M；电子质量为m，电量为e。（电子碰到器壁即被吸收，不考虑电子间的碰撞）。

（1）求II区的加速电压及离子的加速度大小；

（2）为取得好的电离效果，请判断I区中的磁场方向（按图5说明是“垂直纸面向里”或“垂直纸面向外”）；

（3）ɑ为90° 时，要取得好的电离效果，求射出的电子速率v的范围；

（4）要取得好的电离效果，求射出的电子最大速率vM与α角的关系。

解读：（1）对于正离子，由动能定理eU=MvM 2，得U=

根据牛顿第二定律eE=Ma，E=，得a=

（2）要取得较好的电离效果，电子须在出射方向左边做匀速圆周运动，即沿逆时针方向做圆周运动，根据左手定则知：磁场方向垂直纸面向外。

（3）设电子运动的最大半径为r，如图6所示，可得2r=R

根据牛顿第二定律eBv=m

得v0≤v≤；磁感应强度满足B>

（4）如图7所示，根据几何关系3R=4r（2-sina）

得：vm=。

启示：（1）本题以太空飞行器中的离子推进器（动力系统）为题材，涉及力学、静电场、磁场及数学几何知识等内容，既联系实际，又有机地切合物理知识进行应用，实现了高起点、底落点的衔接方式。（2）像本题综合动能定理、牛顿运动定律、静电场场强、圆周运动向心力、左手定则、洛仑兹力及数学几何知识诸多知识点一样，STS试题强调在综合性学习背景中运用知识和方法，因而其情境更趋近真实世界，其包含的内容更复杂，解决问题的方法更综合。当然更有利于培养学生综合处理问题的实干能力。

学生的应对新生事物的能力不是“自然而然”就能完成的，它需要教师精心设计和培养。受2014年各地高考物理STS试题的启发，优化应用情境、增强创新意识，挖掘探究题材、提升研究水平，开发思维活动、发展科学素养的路径值得我们继续开发和研究，只有采取多路并举的创新措施，才能更好地为学生终身发展打下扎实的基础。

（作者单位：广东实验中学）

责任编校 李平安