立足课程标准 明确素养考查——2019年全国高考新课标Ⅰ卷物理解答题评析

张 超

(广东省佛山市顺德区均安中学 528329)

一、前言

基于《普通高中课程方案和学科课程标准(2017年版)》与2019年全国高考新课标Ⅰ卷物理试题对照，不难发现——物理课程标准与物理学科核心素养已成为高中物理教学和考试命题的重要标准和参考.依据课标准确定位教学，深度提升学生物理学科素养是物理教学的核心目标.作为高中物理一线教师，应对高考命题形势，在加强研究《考试大纲》和《考试说明》的基础上，更应深入研究高考物理命题规律，更应回归“课标”原点.立足课程标准，明确素养考查，进而准确把握物理学科教学和备考的方向.

在上一期的文章中，笔者针对2019年全国Ⅰ卷物理选择题进行了评析，题目难度稳中有降，能严格遵循《考试大纲》的要求，以高考评价体系为框架，突出考主干、考能力、考素养，重思维、重应用、重创新，重视真实问题情境的设置，考查学生运用所学物理知识解决问题的能力，引导学生能力培养和综合素养的提升.本文，笔者将从课程标准和素养立意出发，剖析2019年全国Ⅰ卷物理解答题部分.

二、试题评析

立足课程标准，深入研究高考物理命题规律，明确素养考查及其水平层次，对高中教学的开展有着极其重要和积极的指导意义.以下基于自身理论学习和教学实践研究，评析2019年全国高考新课标Ⅰ卷物理解答题，总结命题规律，以供参考与探讨.

9.某小组利用打点计时器对物块沿倾斜的长木板加速下滑时的运动进行探究.物块拖动纸带下滑，打出的纸带一部分如图1所示.已知打点计时器所用交流电的频率为50Hz，纸带上标出的每两个相邻点之间还有4个打出的点未画出.在A、B、C、D、E五个点中，打点计时器最先打出的是__点.在打出C点时物块的速度大小为__m/s(保留3位有效数字)；物块下滑的加速度大小为__m/s2(保留2位有效数字).

图1

题号题目求解思路素养要素素养类型水平划分9物块加速下滑,在相等时间内的位移越来越大,根据图线纸带判断先打哪个点;做匀变速直线运动的物体在某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度,据此求出打C点时的速度;应用匀变速直线运动的推论Δx=at2可以求出加速度.具有物理观念,能应用物理知识解决实际问题.能根据已有的科学探究方案,使用基本的器材获得数据;能对数据进行整理,得到初步的结论.物理观念科学探究水平3水平2答案A 0.233 0.75课标链接“匀变速直线运动的规律,能运用其解决实际问题”题目点评本题考查了实验数据处理,知道物块的运动性质是解题的前提,应用匀变速直线运动的推论即可解题,要注意基础知识的学习与积累.

10.某同学要将一量程为250μA的微安表改装为量程为20mA的电流表.该同学测得微安表内阻为1200Ω，经计算后将一阻值为R的电阻与该微安表连接，进行改装.然后利用一标准毫安表，根据图2(a)所示电路对改装后的电表进行检测(虚线框内是改装后的电表).

(1)根据图(a)和题给条件，将图(b)中的实物连线.

(2)当标准毫安表的示数为16.0mA时，微安表的指针位置如图(c)所示.由此可以推测出所改装的电表量程不是预期值，而是____.(填正确答案标号)

A.18mA B.21mA C.25mA D.28mA

(3)产生上述问题的原因可能是____.(填正确答案标号)

A.微安表内阻测量错误，实际内阻大于1200Ω

B.微安表内阻测量错误，实际内阻小于1200Ω

C.R值计算错误，接入的电阻偏小

D.R值计算错误，接入的电阻偏大

(4)要达到预期目的，无论测得的内阻值是否正确，都不必重新测量，只需要将阻值为R的电阻换为一个阻值为kR的电阻即可，其中k=____.

题号题目求解思路素养要素素养类型水平划分10(1)根据电路图连接实物电路图.具有物理观念,能应用物理知识解决实际问题.物理观念水平310(2)根据微安表量程与图c()所示表盘确定其分度值,根据指针位置读出其示数,然后根据电流表改装原理求出改装后电流表的量程.能分析相关事实或结论,提出并准确表述可探究的物理问题,作出有依据的假设;科学探究水平410(3)把微安表改装成大量程的电流表需要并联分流电阻,根据题意与改装原理分析实验误差.能分析相关事实或结论,提出并准确表述可探究的物理问题,作出有依据的假设;科学探究水平410(4)根据电流表的改装原理与题意求出并联电阻阻值.能用多种方法分析数据,发现规律,形成合理的结论科学探究水平5答案(1)略;(2)C;(3)AC;(4)9979课标链接“了解串、并联电路电阻的特点.理解闭合电路欧姆定律.”题目点评本题考查了电流表的改装问题,把微安表改装成大量程的电流表需要并联分流电阻,应用并联电路特点与欧姆定律可以求出并联电阻阻值,掌握基础知识是解题的前提与关键,根据题意应用基础知识即可解题.

图3

11.如图3所示，在直角三角形OPN区域内存在匀强磁场，磁感应强度大小为B、方向垂直于纸面向外.一带正电的粒子从静止开始经电压U加速后，沿平行于x轴的方向射入磁场；一段时间后，该粒子在OP边上某点以垂直于x轴的方向射出.已知O点为坐标原点，N点在y轴上，OP与x轴的夹角为30°，粒子进入磁场的入射点与离开磁场的出射点之间的距离为d，不计重力.

求:

(1)带电粒子的比荷；

(2)带电粒子从射入磁场到运动至x轴的时间.

题号题目求解思路素养要素素养类型水平划分11(1)对粒子在加速电场中的运动运用动能定理,粒子在磁场中做匀速圆周运动,利用洛伦兹力提供向心力结合几何关系,联立即可求出带电粒子的比荷;具有物理观念,能应用物理知识解决实际问题.物理观念水平3能在熟悉的问题情境中根据需要选用恰当模型解决简单的物理问题.科学思维水平311(2)根据几何关系求解出粒子射入磁场后运动到x轴所经过的路程s,再利用公式t=sv即可求出带电粒子从射入磁场到运动至x轴的时间.具有清晰的物理观念,能综合应用物理知识解决实际问题.物理观念水平4能在熟悉的问题情境中根据需要选用恰当模型解决简单的物理问题.科学思维水平3答案1()带电粒子的比荷为4UB2d2;2()带电粒子从射入磁场到运动至x轴的时间为Bd24U(π2+33).课标链接“能分析带电粒子在电场中的运动情况,能解释相关的物理现象.”“能用洛伦兹力分析带电粒子在匀强磁场中的圆周运动.”题目点评本题考查带电粒子在复合场中运动,粒子在加速场中的运动运用动能定理求解,粒子在磁场中的运动运用洛伦兹力提供向心力结合几何关系求解,解题关键是要作出轨迹图,正确运用数学几何关系.

12.竖直面内一倾斜轨道与一足够长的水平轨道通过一小段光滑圆弧平滑连接，小物块B静止于水平轨道的最左端，如图4(a)所示.t=0时刻，小物块A在倾斜轨道上从静止开始下滑，一段时间后与B发生弹性碰撞(碰撞时间极短)；当A返回到倾斜轨道上的P点(图中未标出)时，速度减为0，此时对其施加一外力，使其在倾斜轨道上保持静止.物块A运动的v-t图象如图4(b)所示，图中的v1和t1均为未知量.已知A的质量为m，初始时A与B的高度差为H，重力加速度大小为g，不计空气阻力.

(1)求物块B的质量；

(2)在图4(b)所描述的整个运动过程中，求物块A克服摩擦力所做的功；

(3)已知两物块与轨道间的动摩擦因数均相等.在物块B停止运动后，改变物块与轨道间的动摩擦因数，然后将A从P点释放，一段时间后A刚好能与B再次碰上.求改变前后动摩擦因数的比值.

题号题目求解思路素养要素素养类型水平划分12(1)根据动量守恒定律和能量关系列方程求解;具有物理观念,能应用物理知识解决实际问题.物理观念水平3能在熟悉的问题情境中根据需要选用恰当模型解决简单的物理问题.科学思维水平312(2)对A下滑过程中和上滑过程中根据动能定理列方程,从图b()给出的图象可得A上升的高度与H的关系,根据功的计算公式求解物块A在整个过程中克服摩擦力做的功;具有清晰的物理观念,能综合应用物理知识解决实际问题.物理观念水平4能将实际问题中的过程换成物理模型;能对综合性物理问题进行分析和推理,获得结论并作出解释;科学思维水平412(3)设根据动能定理求解B在水平轨道上能够滑行的距离,物块与轨道间的动摩擦因数在改变后,根据动能定理求解A滑行的距离,然后求出改变前后动摩擦因数的比值.具有清晰、系统的物理观念,能灵活应用所学的物理知识解决实际问题.物理观念水平5能将较复杂的实际问题中的对象和过程转换成物理模型;能在新的情境中对综合性物理问题进行分析和推理,获得正确结论并作出解释.科学思维水平5答案1()物块B的质量为3m;2()在图4b()所描述的整个运动过程中,物块A克服摩擦力所做的功为215mgH;3()改变前后动摩擦因数的比值为11/9.课标链接“理解动量定理和动量守恒定律,能用其解释生产生活中的有关现象.”“理解动能和动能定理.能用动能定理解释生产生活中的现象.”题目点评本题的核心考查点是动能定理;运用动能定理解题时,首先要选取研究过程,然后分析在这个运动过程中哪些力做正功、哪些力做负功,初末动能为多少,根据动能定理列方程解答;动能定理的优点在于适用任何运动包括曲线运动;一个题目可能需要选择不同的过程多次运用动能定理研究,也可以全过程根据动能定理解答.

13.某容器中的空气被光滑活塞封住，容器和活塞绝热性能良好，空气可视为理想气体.初始时容器中空气的温度与外界相同，压强大于外界.现使活塞缓慢移动，直至容器中的空气压强与外界相同.此时，容器中空气的温度____(填“高于”“低于”或“等于”)外界温度，容器中空气的密度____(填“大于”“小于”或“等于”)外界空气的密度.

题号题目求解思路素养要素素养类型水平划分13根据热力学第一定律分析封闭气体的内能;根据压强的微观意义分析空气的密度.具有物理观念,能应用物理知识解决实际问题.物理观念水平3能对常见的物理现象进行分析和推理,获得结论并作出解释.科学思维水平3答案低于 大于课标链接“了解气体实验定律.知道理想气体模型.能用分子动理论和统计观点解释气体压强和气体实验定律.”“知道热力学第一定律.”题目点评本题主要考查热力学第一定律和压强的微观解释,注意温度是理想气体内能的标志,对一定质量的理想气体内能只与温度有关.

14.热等静压设备广泛应用于材料加工中.该设备工作时，先在室温下把惰性气体用压缩机压入到一个预抽真空的炉腔中，然后炉腔升温，利用高温高气压环境对放入炉腔中的材料加工处理，改善其性能.一台热等静压设备的炉腔中某次放入固体材料后剩余的容积为0.13m3，炉腔抽真空后，在室温下用压缩机将10瓶氩气压入到炉腔中.已知每瓶氩气的容积为3.2×10-2m3，使用前瓶中气体压强为1.5×107Pa，使用后瓶中剩余气体压强为2.0×106Pa；室温温度为27℃.氩气可视为理想气体.

(1)求压入氩气后炉腔中气体在室温下的压强；

(2)将压入氩气后的炉腔加热到1227℃，求此时炉腔中气体的压强.

题号题目求解思路素养要素素养类型水平划分14(1)以瓶中气体为研究对象,使用前后瓶中气体发生等温变化,根据玻意耳定律即可求出使用后的总体积;再对10瓶中压入炉腔内的气体分析,根据玻意耳定律即可求出炉腔中气体的压强.气体发生等温变化,根据题意求出气体初末状态的状态参量,然后应用玻意耳定律求出气体的压强.具有物理观念,能应用物理知识解决实际问题.物理观念水平3能对常见的物理现象进行分析和推理,获得结论并作出解释.科学思维水平314(2)炉内气体体积不变,气体发生等容变化,根据题意求出气体状态参量,应用查理定律可以求出炉腔内气体的压强.具有清晰的物理观念,能综合应用物理知识解决实际问题.物理观念水平4能对综合性物理问题进行分析和推理,获得结论并作出解释.科学思维水平4答案(1)压入氩气后炉腔中气体在室温下的压强为3.2×107Pa;(2)将压入氩气后的炉腔加热到1227℃,此时炉腔中气体的压强为1.6×108Pa.课标链接“了解气体实验定律.知道理想气体模型.能用分子动理论和统计观点解释气体压强和气体实验定律.”题目点评本题考查了气体状态方程的应用,根据题意分析清楚气体状态变化过程、求出气体状态参量是解题的前提与关键,应用玻意耳定律与查理定律可以解题.

图5

A. 质点Q的振动图象与图5(b)相同

B. 在t=0时刻，质点P的速率比质点Q的大

C. 在t=0时刻，质点P的加速度的大小比质点Q的大

D. 平衡位置在坐标原点的质点的振动图象如图5(b)所示

E. 在t=0时刻，质点P与其平衡位置的距离比质点Q的大

题号题目求解思路素养要素素养类型水平划分15根据波的传播方向确定Q点在t=T/2时刻的振动方向,与振动图象上在t=T/2时刻质点的振动方向比较,确定是哪个质点的振动图象.在波动图象上,根据位移大小研究加速度和速度的大小关系.具有物理观念,能应用物理知识解决实际问题.物理观念水平3能对已有结论提出有依据的质疑,采用不同方式分析解决物理问题.科学思维水平4答案CDE课标链接“能用公式和图像描述简谐运动.”“能用图像描述横波.理解波速、波长和频率的关系.”题目点评本题考查识别、理解振动图象和波动图象的能力,以及把握两种图象联系的能力.对于波的图象往往先判断质点的振动方向和波的传播方向间的关系.同时,能熟练分析波动形成的过程,分析物理量的变化情况.

图6

(1)求桅杆到P点的水平距离；

(2)船向左行驶一段距离后停止，调整由P点发出的激光束方向，当其与竖直方向夹角为45°时，从水面射出后仍照射在桅杆顶端，求船行驶的距离.

题号题目求解思路素养要素素养类型水平划分16(1)由折射定律求出入射角,结合几何关系求桅杆到P点的水平距离;具有清晰的物理观念,能综合应用物理知识解决实际问题.物理观念水平416(2)先根据折射定律求激光束从水面出射的方向与竖直方向的夹角,再由几何关系求船行驶的距离.能对综合性物理问题进行分析和推理,获得结论并作出解释.科学思维水平4答案1()桅杆到P点的水平距离是7m; 2()船行驶的距离是4.9m.课标链接“通过实验,理解光的折射定律.会测量材料的折射率.”题目点评本题是几何光学问题,对数学几何能力要求较高,关键要根据几何知识确定出入射角和折射角,通过折射定律和几何关系进行求解.

三、备考建议

基于对全国Ⅰ卷物理试题评析，其素养类型考查特点非常显著，即要求考生应以“物理观念”素养为基础，拥有较强的“科学思维”素养，并具备一定层次的“科学探究”素养，同时对于“科学态度与责任”有一定的渗透.立足课程标准，明确素养考查，结合上述高考命题规律，为提升高中物理教学和备考的效度，总结几点切实可行的建议：首先，“物理观念”素养是高考试题考查的基础，考查形式以基础性、中等性选择题或填空题为主.在教学中，教师应注重以教材为出发点，提升学生对基本概念和基本规律的理解掌握程度，从而帮助学生加深对物理知识、原理、公式和规律的理解层次.对于学生实验，应注重学生对实验原理的理解，对实验器材的熟悉、对实验基本方案的明确、对实验数据的获取等基本实验能力的培养.其次，“科学思维”素养是高考试题考查的难点，考查形式多以模型建构类、推理判断类和综合运算类为主，其对学生的推理能力、逻辑思维、建模能力、运算能力、创新能力等方面要求层次较高.特别对于高考命题，综合型题目是对学生“科学思维”素养考查的有效方式，也是试题区分度的主要构成因素之一.对于学生实验，应注重学生对实验原理的深度拓展、对实验器材的改进创新、对实验方案的多维度设计、对实验数据灵活获取和深度分析等关键能力的培养.第三，“科学探究”素养是高考实验试题考查的核心，考查形式多以分析类、设计类和结论类为主.其对学生知识掌握的精度和知识迁移的能力要求层次较高，教学中应注重学生对实验原理的运用和迁移、对实验器材的灵活选取、对实验方案的精准设计、对实验数据的综合处理分析等核心能力的培养.第四，“科学态度与责任”素养是高中物理实验教学的深层次追求.尽管在高考试题中，较多直接形象化的呈现，但提升“科学态度与责任”素养是物理学科的核心精神，是影响着学生终生学习发展的关键品格和重要能力，更是教师应该在物理教学中实现的关键性目标.