从核心素养的视角看2018年高考全国Ⅰ卷物理3道试题

余胜军

(保定市教育科学研究所 河北 保定 071000)

2018年1月，《普通高中物理课程标准(2017年版)》正式出版发行，笔者利用半年的时间多次认真阅读，已经小有体会.于是有了从物理学科核心素养的视角去看2018年高考试题的想法，试图从中发现一些改革的迹象.

课程标准提出物理学科核心素养应包括物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任.在课程标准中对于高中学业水平考试和高中学业水平等级性考试有明确的“命题建议”，包括科学设计试卷结构、合理设计图形结构、科学合理设计试题难度等8项建议.

本文主要分析2018年高考全国Ⅰ卷理综选择题第15，18和21题.这3道题主要涉及物理观念中“运动与相互作用观念”“能量观念”以及科学思维中“模型建构”“科学推理”.

1 试题分析

图1 例1题图

【例1】(2018年高考全国Ⅰ卷理综第15题)如图1所示，轻弹簧的下端固定在水平桌面上，上端放有物块P，系统处于静止状态，现用一竖直向上的力F作用在P上，使其向上做匀加速直线运动，以x表示P离开静止位置的位移，在弹簧恢复原长前，下列表示F和x之间关系的图像可能正确的是( )

从物理观念的视角来看，本题主要涉及“运动与相互作用观念”，需要知道物体匀加速运动的过程中受到重力、弹簧弹力和向上的力F.

从科学思维的视角来看，本题涉及运动模型的建立、轻弹簧模型建立；能够根据弹簧弹力公式结合本题对位移的初始化条件，正确写出弹力表达式，依据牛顿第二定律进行受力分析，写出力与运动的规律表达式，这是对受力分析方法和牛顿运动定律的具体运用.

本题可能造成的误解：

死记硬背弹簧弹力的计算公式：F=κx.其中κ是劲度系数，x是弹簧的形变量.大部分误解此题的学生对于x的物理意义都似是而非，模糊不清.于是由牛顿第二定律得到

F+κx-mg=ma

推导关系得

F=m(g+a)-κx

所以F与x之间应该满足如图2所示的图像.没有答案.学生只得重新审题，建立正确的弹簧模型，理清x的物理意义与题设条件中x的关系，写出正确的弹力公式

F=κ(x0-x)

其中x0表示系统处于静止状态时弹簧的形变量.由平衡知道

κx0=mg

最后推出关系为

F=ma+κx

正确答案为A.

图2 F-x图像

【例2】(2018年高考全国Ⅰ卷理综第18题)如图3所示，abc是竖直面内的光滑固定轨道，ab水平，长度为2R，bc是半径为R的四分之一圆弧，与ab相切于b点.一质量为m的小球.始终受到与重力大小相等的水平外力的作用，自a点处从静止开始向右运动，重力加速度大小为g.小球从a点开始运动到其轨迹最高点，机械能的增量为( )

A. 2mgRB. 4mgR

C. 5mgRD. 6mgR

图3 例2题图

从物理观念的视角来看，本题涉及“运动与相互作用观念”和“能量观念”.具体来讲，本题主要要知道脱离轨道后物体做匀变速曲线运动，需要用到合成与分解的思想去分析，需要知道力的作用具有独立性，而外显的物体运动现象反映的是物体受到的所有力作用的结果这一本质.从能量观点来讲，本题主要涉及动能和势能的变化，但需要知道该过程机械能不守恒，要知道机械能守恒的条件以及诸多推论.

从科学思维视角来看，首先要建立全过程运动模型，水平面上、四分之一圆弧轨道和脱离轨道之后的运动.关键是对于脱离轨道后的运动，需要分析综合，根据牛顿运动定律以及运动的合成分解等相关规律，推理论证出小球的运动性质，找到轨迹最高点.其次是要能够根据机械能守恒的条件，推理出机械能增加的原因，从而计算出机械能增加值.

本题最开始可能造成的误解：

误解“运动到其轨迹最高点”的“最高点”，理解成“轨道最高点”，水平位移误解为3R，根据机械能守恒条件推导出机械能增加量为水平恒力在水平方向所做的功，即ΔE=W=F·3R=3mgR.又没有正确答案！再重新审题，建立完整的运动模型.

对于脱离轨道后的运动，根据运动的独立性和等时性，到达轨迹最高点时小球在竖直方向的运动时间为

水平方向的加速度a=g，在水平方向的位移为

由以上分析可知，小球从a点开始运动到其轨迹最高点的过程中，水平方向的位移大小为5R，则小球机械能的增加量

ΔE=F·5R=5mgR

【例3】(2018年高考全国Ⅰ卷理综第21题)图4中虚线a,b,c,d,f代表匀强电场内间距相等的一组等势面，已知平面b上的电势为2 V.一电子经过a时的动能为10 eV，从a到d的过程中克服电场力所做的功为6 eV.下列说法正确的是( )

A.平面c上的电势为零

B.该电子可能到达不了平面f

C.该电子经过平面d时，其电势能为4 eV

D.该电子经过平面b时的速率是经过d时的2倍

从物理观念的视角来看，本题涉及匀强电场、等势面、电势、电势能、动能、电场力做功等多个物理概念，需要弄清楚这些概念间的关系；涉及电场力做功过程电势能和动能之间相互转化的规律；还涉及动能与速度的关系，以及电场力作用下电子的运动问题.

图4 例3题图

从科学思维的视角来看，首先需要把匀强电场中等势面模型进一步清晰化、数据化，通过a到d的做功数值，计算出电势差，并进一步明确相邻等势面差值为2 V，由此可以分析出各等势面的电势和对应电势能的值，建立如图5所示的等势面模型.其次再由功能关系推出每个等势面对应的动能，由动能推出速度关系.

图5 等势面模型

可能造成的误解：

依照以上分析，已经能确定A，C，D中只有A正确.按照模型及其数据，简单推断下，电子到达等势面f时还具有2 eV的动能，不可能出现到达不了的情况，再也找不到其他正确答案了！

问题出在哪里？还是电子运动模型的建构不完整，即运动模型的初始条件模糊不清.对于运动模型的建构，需要初始化模型，了解模型全过程.由于经过等势面a的运动方向不确定，如果电子在到达等势面f前已经不具有垂直等势面方向的速度，那么电子就可能到达不了f.

2 试题评价

(1)这3道题所涉及的知识内容很具代表性，符合课程标准中课程的内容要求.试题抽取了“运动与相互作用观”“能量观”“建构模型”“获取信息，围绕模型运用概念和规律进行推理、论证”等核心素养设计试题.

(2)试题的情境具有一定的问题性、研究性和开放性，题干围绕一个中心，能反映学生的典型错误，有利于学生改进学习.

(3)这3道题都允许学生有知错改错的机会.按照对于概念和规律的正确理解、正确的推演，得出结论，都能比较轻松地发现问题——没有答案！于是给予学生重新再来的机会，命题者可谓是用心良苦啊！

(4)这3道题都要求学生有严谨认真的科学思维.凡是解题从经验出发，而不是从观念入手，急于从知识入手解题，而不是从建构模型开始的思维方式都是不可取的，不严密的.

但是作为高考题，8个选择题出现3个具有相同特点的问题，是值得商榷的.

首先，选择项的错误选项干扰性不强，很容易判断出自己解题有问题.

其次，这3道题容易给学生造成较强的心理压力.他们会怀疑试题人为设置了较多“隐藏机关”，解题变得不自信，从而对于后面的答题带来困扰，浪费时间.

第三，个人以为，这3道题适合给学生平时作业用.这样给予学生的锻炼更充分，更能体现学生学习过程的重要性，在经历和体验中逐步成长，思维更趋严谨和严密.

以上分析和评价是笔者的不成熟观点，希望广大读者批评指正.