对2019年高考(Ⅲ)卷理综物理第25题的评析

王贤勇

(贵州省毕节市第一中学,贵州 毕节 551700)

2019年全国高考(Ⅲ)卷理综物理第25题整体难度非常适中,题目以物理学科素养为导向,题目设计非常具有基础性和选拔性．3个问之间层层递进,引导学生和教师关注教材,注重基础、强化主干.突出考查学生运用物理规律解决问题的技能；注重对学生物理观念、物理思维的训练提升；很好地诠释了考纲提出的要培养学生由“解题”向“解决问题”的转化.

原题.静止在水平地面上的两小物块A、B,质量分别为mA=1 kg,mB=4 kg,两者之间有一压缩的微型弹簧,A与其右侧的竖直墙壁距离l=1.0 m,如图1所示.某时刻,将其压缩的微型弹簧释放,使A、B瞬间分离,两物块获得的动能之和为Ek=10.0 J.释放后,A沿着与墙壁垂直的方向向右运动.A、B与地面的动摩擦因数均为μ=0.2,重力加速度取g=10 m/s2.A、B运动过程所涉及的碰撞均为弹性碰撞,且时间极短.

(1) 求弹簧释放瞬间A、B速度的大小;

(2) 物块A、B中哪一个先停止?该物块停止时A与B的距离是多少?

(3)A、B都停止后,A与B的距离是多少?

图1

1 核心素养的考查

1.1 物理观念

物理观念是从物理学角度形成的关于物质、运动与相互作用、能量等的基本认识,是物理概念和规律在头脑中的提炼和升华.包含物质观念、运动观念、相互作用观念、能量观念及其应用等要素.此题考查相互作用观和运动观念,即A、B通过弹簧相互作用和A、B碰撞瞬间均有内力远大于外力,满足动量守恒;A、B各自在水平面上运动,合力为摩擦力,A、B在摩擦力作用下做匀减速运动,A碰墙虽然速度反向,但摩擦力也反向,计算时可以等效为一直做匀减速运动．可见,学生清晰地认识了力和运动的关系,就可以轻松地去找到解决问题的规律.

1.2 科学思维

科学思维是从物理学角度对客观事物的本质属性、内在规律及相互关系的认识方式,其关键词有:建构理想模型、抽象概括、分析综合、推理论证、质疑、批判,提出创造性见解的能力与品质.“科学思维”主要包括模型建构、科学推理、科学论证、质疑创新等要素.

首先该题考查的模型有理想模型微弹簧,微弹簧需要学生能够建立弹簧质量不计,弹簧恢复原长时间极短,A、B物块的位置来不及发生改变的理想过程,即弹簧瞬间把弹性势能转化为A、B物块的动能,因过程短暂内力远大于外力,所以该瞬间满足动量守恒.其次是匀减速直线运动模型,再次是A、B碰撞的完全弹性碰撞模型．建立了模型,就找到了建立数学关系的原理.本题除了考察模型构建之外,还考查分析综合、推理论证的能力.比如经分析B先停,B停的时候A处于什么位置,能否与B发生碰撞,如果能碰,碰后A是否反向.

要达成上述思维过程:首先把题目文字转化为物理情境,只有把文字转化为情境之后,才能进一步形成解题条件和要求.其次是把物理情景转化为解题条件,解题条件有一部分是隐藏的,需要通过转化进行挖掘.因此把文字转化为情境对解题来说具有关键意义.最后是把物理条件转化为数学条件,即给出关键的方程列式求解,判断得出的结论是否合理.

小结物理观念和科学思维导图如图2、图3所示.

图2

图3

2 图像法架构清晰运动过程和解答过程

图4

由动量守恒和机械能守恒不难求出微弹簧恢复原长瞬间物块A的速度大小为vA=4 m/s,方向向右,物块B的速度大小vB=1 m/s,方向向左．作出A、B两物块运动的速速度时间图像,其中规定向左为正方向,如图4所示.

由图可知,B运动0.5 s之后停,位移为

假设A一直匀减,则0.5 s时速度大小为v=3 m/s,则A的路程为

可见,A的路程大于1 m,所以A反向运动了0.75 m,此时距离出发点0.25 m,所以A、B之间的距离为0.5m.

设碰后A的速度为vA2,B的速度为vB2,根据弹性碰撞建立动量和能量守恒的关系为

mAvA1=mAvA2+mBvB2，

解得

假设A反向后一直匀减,匀减路程为则xA2,则

设B的位移为xB2,B匀减有

xA2+xB2=0.91 m.

所以A、B都停止后,A与B的距离是0.91 m.

3 启迪

3.1 加强基础训练,灵活用好教材

高考复习是一项系统的工程.在复习过程中,教材是我们复习的根基,教材掌握不牢,学生基础必然地动山摇．因为教材是专家们精心设计、筛选、实践、反复修改、多方征求意见与建议之后提炼书写出来的.教材具有普适性、基础性、拓展性、创新性等特点,所以复习中必须依托教材、吃透教材、拓展教材．比如这道高考题考察的过程多,运算量大,知识点多,尤其是第3问相对复杂.但是只要我们吃透教材,就可以轻松突破这个难点．第一问和第二问考察基本概念、基本规律的应用.第三问考察弹性碰撞和动能定理

(牛顿第二定律和运动学关系),可以说是原滋原味的来自人教版选修3-5的教材第16章动量守恒定律第4节碰撞中的弹性碰撞部分.在教材中并没有写出动量守恒和能量守恒的表达式,但是在思考与讨论部分已经有了明确的提示:碰撞过程遵从动量守恒定律,也没有机械能的损失,于是可以列出两个方程即可求解.而且教材还给出了求解的结论,并对结论进行了讨论,分析结论的可靠性,把结果应用于几个简单的特例,所得的结论与常识或已有知识一致.这样就说明了理论分析可能是正确的,否则一定错了.教材的这种处理方法,可以有效的培养学生的科学思维能力,提升学生物理学科的核心素养.

3.2 规范试题的训练,提升解题素养

在平时的教学和复习中,要注重对一题多思、一题多解、多题归一的训练,切忌搞题海战术,切忌训练偏题、怪题.解题要从基本原理、基本规律出发,引导学生构建基本模型,有目标的去提升学生以下的素养.这样才能真正提升学生的物理核心素养.首先是审题素养,通过审题能构建出物理模型,找出已知条件、尤其是隐藏的已知的条件和未知条件的关系,通过审题寻找到状态与过程的制约关系.其次是图像素养,图像是物理学简洁的语言之一,审视图像我们要从坐标系的正负与矢量的方向、物理量的大小、性质入手,然后再到图像的斜率、截距、面积、交点、拐点等进行分析.再次是利用数学工具解决物理问题,并能对结果进行讨论的素养.比如利用数学知识求极值、分析各物理量的变化、求解各物理量的大小方向等.求出结论之后,能进行检验、判断、评估,得出结论的合理性和可行性.