提高学生物理估算能力的教学策略探讨——从浙江学(选)考测试中估算题谈起

曹先辰 何林霞

(浙江省杭州市余杭第二高级中学，浙江 杭州 311100)

提高学生物理估算能力的教学策略探讨
——从浙江学(选)考测试中估算题谈起

曹先辰 何林霞

(浙江省杭州市余杭第二高级中学，浙江 杭州 311100)

通过对三份学(选)考试卷中估算题的分析，探寻估算题考查特点，提出培养学生物理估算能力的教学策略.

估算；高考题；教学策略

近几年浙江省正在深化高考改革，于2015年10月实施学(选)考测试，至今已历时三次.通过对三份试卷中必考部分选择题的分析，发现其中有7处涉及估算问题，占比较高.估算是指在具体测量、定量分析问题中，无法或没有必要进行精确计算和判断时所采用的大致推测.物理估算不单纯是一种数学计算，而是充分利用物理知识，把握问题的物理本质，抓住主要数量关系，忽略次要影响因素，进行快速近似推算.其中经典的当属“费米问题”——诺贝尔奖获得者费米在原子弹爆炸时，通过头顶纸屑撒落的距离，估算出原子弹爆炸的威力.这类问题已经被很多面试引用，成为鉴别人才的重要方式.

1 浙江高考估算试题特点

1.1 情景简练

笔者统计了2014、2015两份浙江理综卷中物理选择题题干的字数，与三份学(选)考卷中的估算题进行对比，如下表，对比说明学(选)考卷中的估算题题干字数相对较少，文字叙述简要.关于情境题举例如下.

试题来源题目数量题干平均字数2014年浙江理综卷788.02015年浙江理综卷799.42015—2016学(选)考767.4

图1

题1(2015年浙江)：小李乘坐高铁，如图1所示，当他所在的车厢刚要进隧道时，看到车厢内显示屏上的示数为216km/h，他立即观察手表秒针走动，经过20s车厢出了隧道，则该隧道的长度约为( ).

A. 600m B. 1200m

C. 2160m D. 4320m

题2(2016年浙江):某探险者在野外攀岩时，采落一小石块，约5s后听到石块直接落到崖底的声音.探险者离崖底的高度最接近的是( ).

A. 25m B. 50m C. 110m D. 150m

1.2 模型清晰

学(选)考的7道题大多为运动、能量和天体的估算，只要具备相关方面的知识，不存在模型发现不了的问题.尤其是关于能量的几道题，在题干中已经把估计的过程解决了，学生在分析的过程中只需要选择合适的公式去求解就好了.

题3(2015年浙江):如图2所示是我国某10兆瓦(1兆瓦=106W)光伏发电站，投入使用后每年可减小排放量近万吨二氧化碳，已知该地区每年能正常发电的时间约为1200h，则该电站年发电量约为( ).

A. 1.2×106kW·h B. 1.2×107kW·h

C. 1.2×109kW·h D. 1.2×1010kW·h

图2

此题比较简单，考查功与功率的关系W=Pt，并且在题干中已经进行了近似，学生做错无非就是把P看成106W，或忘记将单位W转化为kW.

题4(2016年浙江):如图3所示的路灯为太阳能路灯，每只路灯的光伏电池板有效采光面积约0.3m2.晴天时电池板上每平方米每小时接收到的太阳能辐射约3×106J.如果每天等效日照时间约为6h，光电池一天产生的电能可供30W的路灯工作8h.光电转换效率约为( ).

A. 4.8% B. 9.6% C. 16% D. 44%

图3

1.3 考查常识

题5(2016年浙江):宇航员在月球上离月球表面高10m处由静止释放一片羽毛，羽毛落到月球表面上的时间大约是( ).

A. 1.0s B. 1.4s C. 3.5s D. 12s

题6(2012年南通模拟)：如图4所示，某同学正在进行手抛鸡蛋表演，由图可估算出鸡蛋从最高点落到手中的过程中，鸡蛋重力做的功最接近于( ).

A．0.02J B．0.2J C．2J D．20J

解这道估算题时，如果不知道“一个鸡蛋约50g”这种常识，就难做出正确的判断.

图4

2 教学策略探讨

2.1 把控教学难度

为了照顾选考考生，试题在难度上较为简单，对于选考考生而言有些可以说是“送分”题.显然命题教师并没有想在这里为难大家，只是考查学生对基本知识的把握、基本规律的运用、基本模型的理解.所以在教学中，尤其是必修一、二的教学中不要纠结一些传统的高考题，在平时的教学与练习中，让学生主动结合物理概念，理解概念本质.建立物理图景，弄清物理过程.突出主要矛盾，构建物理模型.

题7(2015年浙江)：质量为30kg的小孩坐在秋千板上，秋千板离系绳子的横梁的距离是2.5m，小孩的父亲将秋千板从最低点拉起1.25m高度后由静止释放，小孩沿圆弧运动至最低点，她对秋千板的压力约为( ).

A. 0 B. 200N C. 600N D. 1000N

2.2 积累物理常识

以下回顾江苏卷中的两道估算题.

题8(2014年江苏)：已知地球的质量约为火星质量的10倍,地球的半径约为火星半径的2倍,则航天器在火星表面附近绕火星做匀速圆周运动的速率约为( ).

A. 3.5km/s B. 5.0km/s

C. 17.7km/s D. 35.2km/s

熟知物理常识体现了学生的科学素养，而题目中的隐含条件往往就是需要考生掌握的常识，下表就是教材出现的常见物体的速度和质量.

光在真空中传播3.0×108m/s地球6.0×1024kg步枪子弹约900m/s成人50～80kg大型客机约300m/s鸡1～2kg动车可达97m/s鸡蛋约5.0×10-2kg汽车最快允许33m/s电子9.1×10-31kg

2.3 合理利用教材资源

在不少高中物理教材的练习题中也有不少的估算问题，需要引起我们的重视，以下以人教版教材为例.

图5

题10(自由落体运动)：有一种“傻瓜”照相机，其光圈(进光孔径)随被拍摄物体的亮度自动调节，而快门(曝光时间)是固定不变的.为估测该照相机的曝光时间，实验者从某砖墙前的高处使一个石子自由落下，拍摄石子在空中的照片如图5所示.由于石子的运动，它在照片上留下了一条模糊的径迹.已知每块砖的平均厚度为6cm，拍摄到的石子位置A距石子起落点竖直距离约2m.怎样估算这个照相机的曝光时间？

题11(行星的运动)：一种通信卫星需要“静止”在赤道上空的某一点，因此它的运行周期必须与地球自转周期相同．请你估算：通信卫星离地心的距离大约是月心离地心的距离的几分之一？

还有“实验：研究平抛运动”的第3题、“行星的运动”的第4题、“万有引力理论的成就”的第3题、“能量守恒定律与能源”的第2题等，都对估算提出了要求.

2.4 重视量纲分析

题12：通电直导线的周围会存在磁场，但磁感应强度B会有多大，同学们并不清楚．已知通电直导线周围空间某点的磁感应强度B的大小与直导线中电流I的大小和该点到直导线的距离d有关．下面给出B的四个表达式中只有一个是合理的，你可以通过一定的物理分析，对下列表达式的合理性做出判断．其中μ0为真空中磁导率，单位为韦伯/安培·米．根据你的判断，B的合理表达式应为( ).

由于μ0的单位为：韦伯/(安培·米)．所以根据对上述四个选项进行量纲分析，会得出C为正确答案.所以说有些问题不一定要通过计算得出答案，有时只需进行合适的分析，就能够得到正确的结果.在大多数情况下量纲分析法虽然不能告诉我们什么是对的，但是可以判断哪些是错误的，这一点在选择题解答中有时会有奇效.

3 结语

物理估算题并不是仅依靠简单的直觉反应，需要学生有较强的综合分析、灵活运用物理知识分析解决问题的能力.从高考试卷重视估算题这点来看，它契合课改要求——能力立意，较为有效考查了学生的基础知识和能力.因此在日常教学过程中，我们应当多注重实际问题的模型简化，引导学生多从物理视角去思考生活问题，培养其估算能力，提高物理核心素养.

[1] 陈连余.创设“费米问题”培养估算能力[J].中学物理，2012，(5).

[2] 吕小平.估算在物理高考中的应用[J].中国科教创新导刊，2009，(27).