2021年高考物理全国甲卷试题评析

2021-11-08云南蒋金团

教学考试(高考物理) 2021年5期

云南蒋金团

在刚刚结束的高考战役中，云贵川等省份使用的是教育部考试中心统一命制的“甲卷”试题。从理论的角度来讲，甲卷物理试题依托《中国高考评价体系》，强化基础性考查，优化情境设计，增强试题灵活性，深化关键能力考查，充分发挥高考命题的育人功能和积极导向作用；从知识体系的角度来讲，甲卷物理试题仍然以“力学模块”和“电磁学模块”为主，“光学模块”和“热学模块”为辅，虽然命题的主线没变，但是在试题情景设计方面、核心思想和核心方法的综合应用方面、信息提取能力方面和学科融合方面，今年物理试题的难度都高于去年。下面，我将对本套试题进行详细的评析，同时对难度较大的四道试题给出自己的解题思路和解题过程，以期对以后的备考有所帮助。

1.立足基础，回归教材

物理概念和物理规律是高中物理的基础性内容，是学生形成和深化物理观念的重要途径。2021年甲卷物理试题非常重视基础知识的考查，注重概念和规律的形成过程，引导学生加强对基础内容的融会贯通，促进学生物理观念的形成和深化。第16题考查磁场的叠加原理，通过对磁场方向的判断，能让学生认识到矢量的方向和大小同样重要，从而对物理概念形成深刻的认识；第17题考查原子核衰变时衰变次数的计算方法，只要根据“衰变特点”或“质量数质子数守恒”等规律便能快速得到正确答案；第19题考查静电场“能的性质”，只要掌握等势线的特点、电场线和等势线的关系、电场力做功公式等基础性、细节性知识便能找到解决问题的突破口；第22题力学实验考查动摩擦因数的测量，这实质上是教材中用“打点计时器装置探究牛顿第二定律”在情景上的稍稍翻新，情景虽然微变，但处理数据的方法与传统实验完全相同。

2.创设真实问题情境，引导学生关注生活和培养社会责任感

2021年甲卷物理试题加强理论联系实际，设计与生产实践、交通规则、科技前沿等方面紧密联系的真实情境，考查学生灵活运用所学物理知识分析解决问题的能力，引导学生关注生活，培养社会责任感。第15题以一种传统游戏“旋转纽扣”为情境，考查学生对圆周运动中加速度与其他物理量之间关系的理解与运用，该题虽然简单，计算量也很小，但美妙的情景能引起考生满满的回忆，培养学生对生活的热爱和向往。此外，第18题以执行我国火星探测任务的“天问一号”探测器进入环绕火星椭圆形停泊轨道为情境，考查学生运用开普勒第三定律等知识解决实际问题的能力。真实的数据加上真实的背景，往往能激发起学生强烈的文化自信和爱国情怀，考虑到该题是单选部分压轴题，除了“计算量大、需要巧妙估算”等特点之外，该题的命题角度也比较新颖，现做详细分析如下。

【例1】(2021·全国甲卷·18)2021年2月，执行我国火星探测任务的“天问一号”探测器在成功实施三次近火制动后，进入运行周期约为1.8×105s的椭圆形停泊轨道，轨道与火星表面的最近距离约为2.8×105m。已知火星半径约为3.4×106m，火星表面处自由落体的加速度大小约为3.7 m/s2，则“天问一号”的停泊轨道与火星表面的最远距离约为

( )

A.6×105m B.6×106m

C.6×107m D.6×108m

【答案】C

在甲卷物理试题中，除了上面提到的第15题和第18题，第24题的情景性也非常强，第24题以汽车在减速带中的运动为背景，考查学生应用动能定理和匀变速直线运动规律解决实际问题的能力，通过对真实情景的研究，培养学生的安全意识和社会责任感，该题的最大特点是已知条件背后隐藏的信息难以挖掘，需要结合逻辑推理将隐含条件显化才能找到解决问题的突破口。

【例2】(2021·全国甲卷·24)如图1所示，一倾角为θ的光滑斜面上有50个减速带(图中未完全画出)，相邻减速带间的距离均为d，减速带的宽度远小于d；一质量为m的无动力小车(可视为质点)从距第一个减速带L处由静止释放。已知小车通过减速带损失的机械能与到达减速带时的速度有关。观察发现，小车通过第30个减速带后，在相邻减速带间的平均速度均相同。小车通过第50个减速带后立刻进入与斜面光滑连接的水平地面，继续滑行距离s后停下。已知小车与地面间的动摩擦因数为μ，重力加速度大小为g。

图1

(1)求小车通过第30个减速带后，经过每一个减速带时损失的机械能；

(2)求小车通过前30个减速带的过程中，在每一个减速带上平均损失的机械能；

(3)若小车在前30个减速带上平均每一个损失的机械能大于之后每一个减速带上损失的机械能，则L应满足什么条件？

【答案】(1)ΔE1=mgdsinθ

【解析】(1)由题给信息“小车通过第30个减速带后，在相邻减速带间的平均速度均相同”可知，经过一个减速带损失的机械能等于上一个减速带到当前减速带过程中重力所做的功，有ΔE1=mgdsinθ

联立各式解得

3.增强试题的灵活性和综合性，引导学生培养关键能力

甲卷物理试题通过设置新颖的问题角度等方式，增强试题的灵活性，考查学生的推理能力、分析综合能力，引导学生培养关键能力和学科素养。例如第20题以物体在粗糙斜面上的往返运动为情景，考查动能定理和牛顿第二定律的综合应用，解答时需先对“上滑过程”和“全过程”列出动能定理方程，接着联立两方程求出重力所做的功和物体克服摩擦力所做的功，然后再以功的定义式为中介求出倾斜角和动摩擦因数，最后用牛顿第二定律便能求出加速度，整个解题流程环环相扣，培养了学生的能量观和力学观；第23题考查探究小灯泡的伏安特性，该实验题虽然常规，但命题者的设问层次非常丰富，解答过程既涉及了保护电阻的选择、滑动变阻器分压式接法的特点、电压表改装等知识点，也涉及了伏安特性曲线斜率的意义和功率等知识点，一个个知识点串联在一起形成了一张考网，只有具备了较强的整合能力，才能在考网中游刃有余，找到解题的突破口；此外，第21题设计了质量相等、横截面积不同、匝数不同的两线圈，考查学生综合运用法拉第电磁感应定律、安培力公式、电阻率公式、密度公式等解决复杂问题的能力。

【例3】(2021·全国甲卷·21)由相同材料的导线绕成边长相同的甲、乙两个正方形闭合线圈，两线圈的质量相等，但所用导线的横截面积不同，甲线圈的匝数是乙的 2倍。现两线圈在竖直平面内从同一高度同时由静止开始下落，一段时间后进入一方向垂直于纸面的匀强磁场区域，磁场的上边界水平，如图2所示。不计空气阻力，已知下落过程中线圈始终平行于纸面，上、下边保持水平。在线圈下边进入磁场后且上边进入磁场前，可能出现的是

图2

( )

A.甲和乙都加速运动

B.甲和乙都减速运动

C.甲加速运动，乙减速运动

D.甲减速运动，乙加速运动

【答案】AB

【思路点拨】在传统题目中，我们通常比较的是两个单匝线圈进入磁场时的受力情况，但本题中甲线圈的匝数是乙线圈匝数的2倍，考虑到进入磁场后甲线圈的底边导线同时切割磁感线，有效长度是乙线圈的两倍，因此可以采用等效法解决，将匝数为2n边长为a的甲线圈等效成匝数为n边长为2a的线圈。

【解析】采用等效法解决，将匝数为2n边长为a的甲线圈等效成匝数为n边长为2a的线圈。

4.注重学科融合，培养学生应用数学知识解决物理问题的能力

物理和数学在很多方面是相通的，有些物理问题转化为数学模型之后，往往能更加清晰地看到问题的难点所在，从而对症下药找到解决问题的最佳途径。例如第14题以物体在光滑斜面上的运动为情景，考查牛顿第二定律和匀变速直线运动规律的应用，命题者通过设定斜面水平投影不变的情况下逐渐增大倾斜角，从而寻找物体运动时间的极值，利用动力学规律不难得到运动时间与倾斜角之间的函数关系，但是在关键的最后一步，我们必须利用二倍角公式将正弦函数和余弦函数整合成一个函数，才能找到极值问题对应的临界条件；第25题考查带电粒子在组合场中的运动，该题虽然属于经典题型再现，但命题者加重了应用数学知识解决物理问题的力度，该题不但涉及了15°和75°的三角函数值，还涉及了两角和的余弦值公式，这是常规习题无法比拟的。

【例4】(2021·全国甲卷·25)如图3，长度均为l的两块挡板竖直相对放置，间距也为l，两挡板上边缘P和M处于同一水平线上，在该水平线的上方区域有方向竖直向下的匀强电场，电场强度大小为E；两挡板间有垂直纸面向外、磁感应强度大小可调节的匀强磁场。一质量为m，电荷量为q(q>0)的粒子自电场中某处以大小为v0的速度水平向右发射，恰好从P点处射入磁场，从两挡板下边缘Q和N之间射出磁场，运动过程中粒子未与挡板碰撞。已知粒子射入磁场时的速度方向与PQ的夹角为60°，不计重力。

图3

(1)求粒子发射位置到P点的距离；

(2)求磁感应强度大小的取值范围；

(3)若粒子正好从QN的中点射出磁场，求粒子在磁场中的轨迹与挡板MN的最近距离。

【思路点拨】(1)带电粒子在电场中做类平抛运动，题目已知类平抛运动的末速度与竖直方向成60°角，为了充分利用几何关系，必须将末速度正交分解，从而找出两个分运动的关系；(2)带电粒子在磁场中运动时，要使粒子从两挡板下边缘Q和N之间射出磁场，可以采用放缩法寻找运动轨迹；(3)带电粒子在磁场中运动时，带电粒子的水平分速度方向先向右后向左，所以当粒子的水平分速度为零时(即合速度方向竖直向下时)，粒子在磁场中的轨迹与挡板MN的距离最近。