聚焦物理核心素养顺应考试改革要求

2019-03-18曹义才

物理教学探讨 2019年1期

摘要：2018年全国高考理科综合新课标卷Ⅰ物理试题，进一步深化考试内容改革，落实物理核心素养的考查。试题注重考查考生的物理观念、科学思维、科学探究和科学态度与责任核心素养，不仅有利于高等学校对人才的选拔，也有利于课程改革的深入实施。

关键词：物理试题；核心素养；物理观念；科学思维；科学探究

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2019）1-0039-4

在深化基础教育课程改革和考试招生制度改革的背景下，2018年全国高考理科综合新课标卷Ⅰ物理试题以“一核四层四翼”高考评价体系为依托，进一步深化考试内容改革，“核心素养”成为命题老师关注的焦点。试题分析如表1所示。 1 立足基础模型，考查物理观念[2]

2018年全国卷I物理试题立足物理学的基础模型（机车启动、木块弹簧、二力平衡、导体切割、小磁针、双星模型、竖直上抛、反冲、类平抛、带电粒子在磁场中的圆周运动等）考查物理观念。

例1 （全国卷Ⅰ·14）高铁列车在启动阶段的运动可看作初速度为零的匀加速直线运动。在启动阶段，列车的动能（）

A.与它所经历的时间成正比

B.与它的位移成正比

C.与它的速度成正比

D.与它的动量成正比

评析本题从物理观念立意，利用经典的机车启动模型，通过列车的动能与时间、位移、速度和动量等物理量之间的关系在头脑中的提炼，考查考生的运动观念（列车做匀变速直线运动）、相互作用观念（列车受到重力、支持力、阻力和牵引力）和能量观念（列车动能）以及它们之间的相互联系。

例2 （全国卷Ⅰ·15）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（图2）可能正确的是（）

评析本题从物理观念立意，考查考生运用相互作用观念和运动观念思考力随位移变化的函数关系：力 F 作用在 P 上，在弹簧恢复原长前弹簧形变量减小，弹簧弹力减小，F 要增大，向上做匀加速直线运动，则F+kΔx-mg=ma。

2 创设实际情景，考查科学思维

2018年全国卷I物理试题还创设实际情景（双中子星合并的引力波、烟花弹等），考查科学思维，主要包括物理模型的建构、科学思维的推理和论证等相关要素。

例3 （全国卷Ⅰ·20）2017年，人类第一次直接探测到来自双中子星合并的引力波。根据科学家们复原的过程，在两颗中子星合并前约100 s时，它们相距约400 km ，绕二者连线上的某点每秒转动12圈。将两颗中子星都看作是质量均匀分布的球体，由这些数据、万有引力常量并利用牛顿力学知识，可以估算出这一时刻两颗中子星（）

A.質量之积 B.质量之和

C.速率之和 D.各自的自转角速度

评析本题以双中子星合并的引力波为背景素材，基于科学思维立意，考查考生的科学思维过程。

（1）模型建构：天体运动——双星。

（2）科学思维推理：双星转动时角速度和周期相同，各自圆周运动的半径之和即为双星间距，由此推测可以计算的应是两个物理量之和，排除 A 选项；而自转信息没有提供，排除 D选项。

（3）科学思维论证：双中子星做匀速圆周运动的频率f=12 Hz（周期T=1/12 s）。由万有引力等于向心力，可得Gm1m2/r2=m1r1（2πf）2，Gm1m2/r2=m2r2（2πf）2，r1+r2=r=40 km，联立解得（m1+m2）=（2πf）2Gr3，B选项正确，A选项错误；由v1=ωr1=2πf r1，v2=ωr2=2πfr2，联立解得v1+v2=2πfr，C选项正确。

例4 （全国卷Ⅰ·24）一质量为m的烟花弹获得动能E后，从地面竖直升空。当烟花弹上升的速度为零时，弹中火药爆炸将烟花弹炸为质量相等的两部分，两部分获得的动能之和也为E，且均沿竖直方向运动。爆炸时间极短，重力加速度大小为g，不计空气阻力和火药的质量，求：

（1）烟花弹从地面开始上升到弹中火药爆炸所经过的时间；

（2）爆炸后烟花弹向上运动的部分距地面的最大高度。

评析本题以烟花弹升空爆炸为背景，基于科学思维立意，考查考生的科学思维过程。

（1）模型建构：匀变速直线运动、爆炸反冲。

（2）科学思维推理：烟花弹爆炸前，做竖直上抛运动，根据运动规律可以求运动时间；当烟花弹上升的速度为零时爆炸，满足动量守恒、能量守恒。烟花弹爆炸后，向上运动的部分做竖直上抛，求上升高度。

3 创新实验设计，考查科学探究和科学态度与责任

2018年全国卷I物理题灵活运用教材上研究小灯泡的伏安特性实验方法，考查学生基于证据的猜想和假设获取证据信息和处理信息的能力。

例5 （全国卷Ⅰ·23）某实验小组利用如图3所示的电路探究在25 ℃～80 ℃范围内某热敏电阻的温度特性。所用器材有：置于温控室（图中虚线区域）中的热敏电阻RT，其标称值（25 ℃时的阻值）为900.0 Ω；电源E（6 V，内阻可忽略）；电压表（量程150 mV）；定值电阻R0（阻值20.0 Ω），滑动变阻器R1（最大阻值为1 000 Ω）；电阻箱R2（阻值范围0～999.9 Ω）；单刀开关S1，单刀双掷开关S2。

实验时，先按图3连接好电路，再将温控室的温度t升至80.0 ℃，将S2与1端接通，闭合S1，调节R1的滑片位置，使电压表读数为某一值U0；保持R1的滑片位置不变，将R2置于最大值，将S2与2端接通，调节R2，使电压表读数仍为U0；断开S1，记下此时R2的读数，逐步降低温控室的温度t，得到相应温度下R2的阻值，直至温度降到25.0 ℃，实验得到的R2-t数据如表2。

回答下列问题：

（1）在闭合S1前，图3中R1的滑片应移动到_____（填“a”或“b”）端；

（2）在图4的坐标纸上补齐数据表中所给数据点，并作出R2-t曲线。

（3）由图4可得到RT在25 ℃ ～80 ℃范围内的温度特性，当t=44.0 ℃时，可得RT=____Ω；

（4）将RT握于手心，手心温度下R2的相应读数如图5所示，该读数为____Ω，则手心温度为______°C。

评析本题将热敏电阻与R2-t曲线联系起来创设新的情境，探索不同温度时热敏电阻的阻值，利用R2-t曲线来测定手心的温度。

（1）基于证据的猜想和假设

运用教材上研究小灯泡的伏安特性实验方法，利用等效替代实验思想，即电阻箱和热敏电阻并联连接探究热敏电阻的温度特性。

（2）获取证据信息和处理信息

证据信息：将S2与1端接通，闭合S1，调节R1的滑片位置，使电压表读数为某一值U0；保持R1的滑片位置不变，将R2置于最大值，将S2与2端接通，调节R2，使电压表读数仍为U0；断开S1，记下此时R2的读数，逐步降低温控室的温度t，得到相应温度下R2的阻值，直至温度降到25.0 ℃。

处理信息：用单刀双掷开关和电阻箱取代电流表，等效替代法测电阻，用描点法描绘热敏电阻在25 ℃～80 ℃范围内的温度特性曲线，根据R2-t曲线找出44.0 °C时热敏电阻的阻值。

（3）探究过程和结果的分析和评估