对标一核四层四翼 赏析高考物理试题

唐昌琳

［摘 要］2022年高考全国甲乙卷物理试题体现了“一核四层四翼”的命题总要求，值得广大物理教师深入研究。文章就2022年高考全国甲乙卷物理试题做简要评析。

［关键词］高考；物理试题；一核四层四翼

［中图分类号］    G633.7        ［文献标识码］    A        ［文章编号］    1674-6058（2022）20-0024-05

每年高考结束，评析高考试题是一件很愉悦的事，笔者近年来一直关注高考物理试题，2022年高考全国甲乙卷物理试题体现了“一核四层四翼”的命题总要求，值得广大物理教师深入研究。“一核四层四翼”中的“一核”是指“立德树人、服务选才、引导教学”的核心功能，“四层”是指“必备知识、关键能力、学科素养、核心价值”的考查方向，“四翼”是指“基础性、综合性、应用性、创新性”的考查要求，每一方面在高考试卷中均有所体现。高考担负着为高校选拔合格人才的责任，同时又起着中学教学“指挥棒”的作用。中学会跟着这根“指挥棒”的指向开展教学，高考试题的重要性由此可见。2022年高考全国甲乙卷物理试题在对中学阶段必须掌握的物理基础知识进行检测的同时，还加大了对应用物理基础知识解决问题的能力的考查力度，凸显了物理学科核心素养，对中学物理教学有很好的指导作用。本文从三个方面对2022年高考全国甲乙卷物理试题做简要评析。

一、崇尚科学，立德树人

“培养什么人”在十九大报告中得到诠释，那就是“培养担当民族复兴大任的时代新人”。中学教育，首先要做好“立德树人”这件事。“立德”是指坚持德育为先，用正能量来影响学生，让学生热爱祖国，尊重自然，珍爱生命，崇尚科学，提升为国服务的能力，愿意为实现中华民族伟大复兴而奋斗。“树人”是指让学生掌握必备知识，形成关键能力，成为新一代创新拔尖人才，具备为实现中华民族伟大复兴而工作的本领。立德、树人是不可分割的综合体。我国科学技术迅猛发展，航天、高铁、道路桥梁及各种基础科学等走在了世界前列，这些都能化成影响学生的正能量，应不断展现给学生。2022年高考全国甲乙卷物理试题中就有很好的体现。

［例1］（2022年高考全国乙卷第14题）2022年3月，中国航天员翟志刚、王亚平、叶光富在离地球表面约[400 km]的“天宫二号”空间站上通过天地连线，为同学们上了一堂精彩的科学课。通过直播画面可以看到，在近地圆轨道上飞行的“天宫二号”中，航天员可以自由地漂浮，这表明他们（ ）。

A. 所受地球引力的大小近似为零

B. 所受地球引力与飞船对其作用力两者的合力近似为零

C. 所受地球引力的大小与其随飞船运动所需向心力的大小近似相等

D. 在地球表面上所受引力的大小小于其随飞船运动所需向心力的大小

解析：这是一道考查“万有引力与航天”知识的试题。航天员在空间站中所受万有引力完全用于提供其做圆周运动所需的向心力，航天员与飞船之间没有相互挤压的作用力，考虑到其他星球对航天员有一定的作用力，因此航天员所受地球引力的大小与其随飞船运动所需向心力的大小近似相等。航天员所受地球引力[F=GMmr2]，航天员在地球表面受到的引力大于他在空间站受到的引力。据此可确定C选项正确。

［例2］（2022年高考全国甲卷第14题） 北京2022年冬奥会首钢滑雪大跳台局部示意图如图1所示。运动员从a处由静止自由滑下，到b处起跳，c点为a，b之间的最低点，a，c两处的高度差为h。要求运动员经过c点时对滑雪板的压力不大于自身所受重力的k倍，运动过程中将运动员视为质点并忽略所有阻力，则c点处这一段圆弧雪道的半径不应小于（ ）。

A. [hk+1] B. [hk] C. [2hk] D. [2hk-1]

解析：这是一道考查动能定理、受力分析与物体做圆周运动条件的试题。运动员从a到c根据动能定理有：[mgh=12mv2c]。

在c点运动员做圆周运动所需的向心力由滑板的支持力和重力提供，则有：[FN-mg=mv2crc] 。

根据牛顿第三定律可知，运动员对滑板的压力大小等于其受到滑板的支持力，由题意有：[FN≤kmg]。

联立三式可得：[rc≥2hk-1]，故D选项正确。

［例3］（2022年高考全国甲卷第15题） 长为l的高速列车在平直轨道上正常行驶，速率为[v0]，要通过前方一长为[L]的隧道，当列车的任一部分处于隧道内时，列车速率都不允许超过[v（v<v0）]。已知列车加速和减速时加速度的大小分别为a和2a，则列车从减速开始至回到正常行驶速率[v0]所用时间至少为（ ）。

A. [v0-v2a+L+lv] B. [v0-va+L+2lv]

C. [3（v0-v）2a+L+lv] D. [3（v0-v）a+L+2lv]

解析：列車车头刚到隧道时速度刚好减到[v]，减速需时[t1]，则有：[v=v0-2at1]，解得[t1=v0-v2a]，

从车头到隧道口再到车尾离开另一头的隧道口，匀速运动需时[t2]，则有：[t2=L+lv]，

从车尾离开隧道，立即加速到[v0]，需时[t3]，则有：

[v0=v+at3]，解得[t3=v0-va]，

则列车从减速开始至回到正常行驶速率[v0]所用时间至少为[t=t1+t2+t3]，解得[t=3（v0-v）2a+L+lv] ，故选项C正确。

评析：例1考查进入轨道的航天器绕地球做圆周运动所需向心力由地球对其引力提供。在近地圆轨道上飞行的“天宫二号”中，航天员可以自由地漂浮，这表明他们所受地球引力的大小与其随飞船运动所需向心力的大小近似相等。这一提法具有创新性，可让学生知道“进入轨道绕地球做圆周运动所需向心力完全由地球引力提供”是一个理想化模型。通过这道题可让学生知道，我国的航天事业飞速发展，综合国力快速提升，进而有效激发学生的爱国热情和民族自豪感，帮助学生树立崇尚科学的精神。

例2考查动能定理、受力分析与物体做圆周运动的条件。改革开放以来，我国运动员在各类大型运动会上摘金夺银，运动水平处于世界前列。北京市是世界上唯一一个举办过冬季奥运会和夏季奥运会的城市。这体现了我国强大的综合国力。这道题对激发学生的爱国热情有良好的作用。

例3考查匀变速直线运动、匀速直线运动速度与时间的关系。列车进入隧道需要减速，这是为什么呢？有心的学生如果去探究这一问题，就会发现其中的奥秘：风洞实验证明，列车带动的风速与隧道空间尺寸有关，如果隧道横断面小，列车带动的风速过快，产生的风压会把列车车窗玻璃压碎。另外，风压也会挤压隧道边墙，如果隧道边墙存在质量缺陷，比如边墙背后浇筑混凝土厚度不足或脱空（如存在空洞），一旦风压过大就会导致隧道拱部（拱顶）掉块，进而产生严重的铁路交通事故。因此，为确保高速列车的运行安全，高路铁路双线隧道的横断面截面积不小于90平方米，对车速也有相应限制。

例1、例2、例3所考查的知识都是学生必须掌握的基础知识。学生用这些基础知识解决空间站中航天员的运动与受力问题、冬奥会上运动员跳台滑雪的问题及高速列车过隧道的具体问题，展现出自身应用所学知识解决实际问题的能力。

二、注重思维考查，服务人才选拔

物理学科核心素养主要有“物理观念”“科学思维”“科学探究”“科学态度与责任”四个方面。在这四个方面中，“科学思维”是核心。学生在掌握必备知识后，应能用这些知识分析解决实际问题；在解决实际问题的过程中，应能对客观事物的内在规律及相互联系做出判断。要做出准确的判断，就需要先基于事实建立模型，然后进行推理论证，最后得出结论。在这个过程中提倡学生质疑创新，这就是“科学思维”的要义。因此，高考试题不能只是背概念、套公式的“呆题”，要有一定的灵活性，要能检验学生的思维能力。2022年高考全国甲乙卷物理试题在这方面有很好的体现，下面选取两题进行分析。

［例4］（2022年高考全国甲卷第20题）如图2，两根相互平行的光滑长直金属导轨固定在水平绝缘桌面上，在导轨的左端接入电容为[C]的电容器和阻值为[R]的电阻。质量为[m]、阻值也为[R]的导体棒[MN]静止于导轨上，与导轨垂直，且接触良好，导轨电阻忽略不计，整个系统处于方向竖直向下的匀强磁场中。开始时，电容器所带的电荷量为[Q]，合上开关S后，（ ）。

A. 通过导体棒[MN]电流的最大值为[QRC]

B. 导体棒[MN]向右先加速、后匀速运动

C. 导体棒[MN]速度最大时所受的安培力也最大

D. 电阻R上产生的焦耳热大于导体棒[MN]上产生的焦耳热

解析：导体棒[MN]在运动过程中切割磁感线产生反电动势，电容器加在其两端的电压为[U]，导体棒[MN]的速度为[v]时，其电流值为[I=U-BlvR]。当闭合开关S的瞬间，[Blv=0]时，[U]最大，导体棒[MN]中电流最大，即[Imax=UR]，其中[U=QC]，联立解得 [Imax=QCR]；当[U>Blv]时，导体棒MN加速运动；当速度增大到[U=Blv]時，导体棒[MN]中的电流为0，加速度为0，速度达到最大值，之后导体棒[MN]中的电流反向，导体棒[MN]做减速运动。达到最大速度后电容器与导体棒[MN]及电阻[R]构成回路，电路一直处于通路状态，电容器不断放电，电容器储存的电能及导体棒[MN]的动能将全部转化成回路电阻上的内能。由能量守恒可知，最后导体棒[MN]的速度将减为0，在达到最大速度前流过电阻[R]的电流为[I=UR] ，比导体棒[MN]中的电流大。达到最大速度后，电容器[C]、导体棒[MN]均向电阻[R]供电，电阻[R]上的电流亦比导体棒[MN]中的电流大，导体棒[MN]的电阻值与电阻[R]相等，通电时间一样，根据[Q=I2Rt]，可判定电阻[R]上产生的焦耳热大于导体棒[MN]上产生的焦耳热。故选项A，D正确。

［例5］（2022年高考全国乙卷第25题）如图3（a），一质量为[m]的物块[A]与轻质弹簧连接，静止在光滑水平面上。物块[B]向[A]运动，[t=0]时与弹簧接触，到[t=2t0]时与弹簧分离，第一次碰撞结束。[A]，[B]的[v-t]图像如图3（b）所示。已知从[t=0]到[t=t0]时间内，物块[A]运动的距离为[0.36 v0t0]。[A]，[B]分离后，[A]滑上粗糙斜面，然后滑下，与一直在水平面上运动的[B]再次碰撞，之后[A]再次滑上斜面，达到的最高点与前一次相同。斜面倾角为[θ（sinθ=0.6）]，与水平面光滑连接。碰撞过程中弹簧始终处于弹性限度内。求：

（1）第一次碰撞过程中，弹簧弹性势能的最大值；

（2）第一次碰撞过程中，弹簧压缩量的最大值；

（3）物块[A]与斜面间的动摩擦因数。

解析：（1）在碰撞中，两个物块速度相等时，形变量最大，即弹簧被压缩到最短，此时弹性势能最大，从图3（b）中可知此为[t=t0]时刻，根据动量守恒定律有[mB×1.2v0=（mB+m）v0]，解得[mB=5m]，系统损失的动能转化为弹性势能，即有：

[Epmax=12mB（1.2v0）2-12（mB+m）v20]，

解得[Epmax=0.6 mv20] 。

（2）在相互作用中的任意时刻，物块[A]，[B]所受合外力等大反向，设某时刻各自所受合外力大小为[F]，[A]和[B]两物块的加速度大小分别为[aA]，[aB]。由牛顿第二定律[F=ma]可知，[aA=5aB=5a] ，则该时刻[A]，[B]的瞬时速度分别为：

[vA=5at]       [vB=1.2v0-at]

考虑到位移是速度的时间累积，即[sA=vAt=5at2]，[sB=vBt=（1.2v0-at）t]，而在[t=t0]时[sA=0.36v0t0]，联立以上各式可得 [sB=1.128 v0t0] ，

第一次碰撞过程中，弹簧压缩量的最大值为[Δs=sB-sA=0.768 v0t0] 。

（3）由图3（b）可知第一次碰撞后物块[A]的速度为[2v0]，第二次碰撞后物块[A]到达斜面的最高点与第一次相同，说明物块[A]第二次碰撞后速度大小仍为[2v0]，方向水平向右，设物块[A]第一次滑下斜面的速度大小为[v'A]，设向左为正方向，根据弹性碰撞的规律有：

[mv'A-5m×0.8v0=m×（-2v0）+5mv'B]，

[12mv'2A+12·5m·（0.8v0）2=12m·（-2v0）2+12·5mv'2B]，

联立解得[v'A=v0] 。

设在斜面上滑行的长度为[L]，则有：

上滑时，[-mgLsinθ-μmgLcosθ=0-12m（2v0）2]，

下滑时， [mgLsinθ-μmgLcosθ=12mv20-0]，

联立解得：[μ=0.45]。

评析：把基础知识牢固、思维能力强、能用所学知识解决实际问题、具有创新思维能力的中学生选进高校进行进一步培养是高考的目的之一，2022年的高考物理试题具有很好的选拔性。

例4考查的基本知识有部分电路欧姆定律及适用范围、动生电动势、反电动势、安培力、力与运动的关系、能的转化与守恒等高中阶段必须掌握的知识；要求学生能用相应知识分析解决具体问题。一开始，电容器通过电阻[R]和导体棒放电，通过电阻[R]的电能转化成焦耳热，通过导体棒的电能一部分转化成焦耳热，一部分通过安培力做功转化成导体棒的动能，因导体棒运动切割磁感线产生的电动势与电容器加给导体棒的电势差相反，成为反电动势。随着反电动势的增大，电容器由于放电，两端电压逐渐减小，导体棒中的电流逐渐减小，二者相等时导体棒中的电流为0，导体棒加速结束，速度达到最大值。之后导体棒中的电流反向，安培力做负功，又把导体棒的动能转化成电能，这些电能通过电阻[R]及导体棒本身转化成焦耳热。导体棒达到最大速度后电容器通过电阻[R]把电能转化成焦耳熱，最终电容器放电完毕，导体棒停止运动。这一过程分析具有综合性，能考查学生的分析推理能力。本题中，如果没有电阻[R]，就是一道很基础的试题，过程分析会变得很简单，电容器通过导体棒放电，两端电压降低，导体棒产生反电动势，当反电动势与电容器两端电压相等时，导体棒速度最大，此后电容器因没有放电回路保持电压不变，导体棒一直做匀速直线运动。题目加上一个电阻[R]是创新之举，相信许多学生因为这个电阻[R]而无从下手，这又考查了学生的创新思维能力。本题具有良好的选拔功能。

例5作为乙卷的压轴题，在基础知识方面考查了追及问题、动量守恒、能的转化与守恒、速度图像、牛顿第二定律、位移与速度的关系、动能定理等高中阶段的主干知识，要求学生用这些主干知识解决实际问题。对于本题，学生要懂得在一维的追及问题中，两者速度相等时相距最近（或者相距最远），因而分析速度图像可知在[t=t0]时物块[A]，[B]速度相同，两者相距最近，弹簧压缩量最大，弹性势能最大，在这一过程中物块[A]，[B]在水平方向上不受外力作用，动量守恒，由动量守恒可找到物块[B]的质量。在这一压缩过程中，系统的动能部分转化为弹簧的弹性势能，根据能的转化与守恒定律可求得最大弹性势能。弹簧压缩量的最大值等于从开始接触到速度相等时两个物体的位移之差，学生都知道物体运动的位移等于速度图像中图线与时间轴所围的面积，本题虽然给出了速度图像，但面积无法从图像中求出，需要另想办法。这是这道题的创新之举，深层次考查了学生的基础知识和创新思维能力。物块[A]，[B]的加速度随弹簧形变量的增大而增大，即便学生知道位移是速度的时间积累，但速度随时间的变化规律不是线性的，许多学生无法继续做下去。如果学生注意到从0到[t0物块 A]的位移已经告知，便能用物块[A]，[B]二者位移与时间的关系式对比求出物块[B]的位移。本题还考查了学生解方程的能力，解第二次碰撞的动量守恒与机械能守恒方程对一些学生而言，也是一个坎。本题第一问面向所有学生，第二问、第三问选拔性就很强了。

三、关注学科探究，引导物理教学

2022年高考全国甲乙卷物理试题不但在立德树人、服务选才方面表现突出，而且对中学物理教学起到了良好的引导作用。它全面检测了物理观念，为中学物理教学指明了方向，即注重基础知识、检测科学思维，培养学生分析问题和解决问题的能力，还渗透了实事求是、具体情况具体分析的“科学态度与责任”，凸显了注重实验探究的学科特点。因此，在平时的物理教学中，教师要注重学生实验能力的培养，让学生通过实验探究掌握物理学科的研究方法。

［例6］（2022年高考全国乙卷第23题）一同学探究阻值约为550 Ω的待测电阻[Rx]在0～5 mA范围内的伏安特性。可用器材有：电压表（量程为3 V，内阻很大），电流表（量程为1 mA，内阻为300 Ω），电源[E]（电动势约为4 V，内阻不计），滑动变阻器[R] （最大阻值可选10 Ω或1.5 kΩ），定值电阻[R0] （阻值可选75 Ω或150 Ω ），开关S，导线若干。

（1）要求通过[Rx]的电流可在0～5 mA 范围内连续可调，在答题卡上将图4（a）所示的器材符号连线，画出实验电路的原理图。

（2）实验时，图4（a）中的[R]应选最大阻值为 __________（填“10 Ω”或“1.5 kΩ”）的滑动变阻器，[R0]应选阻值为 __________ （填“75 Ω”或“150 kΩ”）的定值电阻。

（3）测量多组数据可得[R]的伏安特性曲线。若在某次测量中，电压表、电流表的示数分别如图4（b）和图4（c）所示，则此时[Rx]两端的电压为__________V，流过[Rx]的电流为__________mA，此组数据得到的[Rx]的阻值为__________Ω（保留3位有效数字）。

解析：（1）因为电流表量程不够，所以要进行扩大量程的电表改装，电流表内阻已知，用[R0]与其并联扩大电流表量程，进而准确测量通过[Rx]的电流，电压表单独测量[Rx]的电压；采用分压式供电，可实现电表从[0]开始测量，满足题中通过[Rx]的电流从0～5 mA连续可调，实验电路的原理图如图5所示，根据原理图连接实物即可。

（2）在实验室做过实验的学生都知道，在分压式供电中选用阻值小的滑动变阻器能使电路的调节更方便，测量效率更高，本题应选10 Ω的滑动变阻器。通过[Rx]的电流最大为[5 mA]时，需要将电流表量程扩大为原来的[5]倍，根据并联分流的规律可画出如图6所示的示意图，并联电路两端电压相等，即[U=4 mA×10-3×R0=1 mA×10-3×300 Ω]，解得[R0=75 Ω]。

（3）电压表最小分度为[0.1 V]，按十分之一估读到下一位，为[U=2.30 V]。

电流表最小分度为[0.02 mA]，按二分之一估读到本位，为[0.84 mA]，电流表量程扩大[5]倍，因此通过[Rx]的电流为[I=4.20 mA]。

根据欧姆定律可知：

[Rx=UI=2.304.20×10-3Ω≈548Ω]。

［例7］（2022年高考全國甲卷第22题）某同学要测量微安表内阻，可利用的实验器材有：电源E（电动势[1.5 V]，内阻很小），电流表（量程[10 mA]，内阻约[10 Ω]），微安表（量程[100  μA]，内阻[Rg]待测，约[1 kΩ]），滑动变阻器[R]（最大阻值[10 Ω]），定值电阻[R0]（阻值[10 Ω]），开关S，导线若干。

（1）在答题卡上将图7所示的器材符号连线，画出实验电路原理图；

（2）某次测量中，微安表的示数为[90.0 μA]，电流表的示数为[9.00 mA]，由此计算出微安表内阻[Rg=] __________[Ω]。

解析：（1）因电流表内阻未知，为了准确测量微安表的电流和两端的电压，可以将定值电阻[R0]与微安表并联，再与电流表串联。此时定值电阻起到电压表的作用，用通过电流表的电流减去通过微安表的电流就是通过定值电阻的电流，由此可求出微安表两端的电压，进而求出微安表的内电阻。由于微安表内阻较大，为了使微安表的调节变得明显，可采用分压式供电，实验电路原理图如图8所示。按原理图连线实物即可。

（2）流过定值电阻[R0]的电流[I=IA-Ig=9.00 mA-0.09 mA=8.91 mA]，微安表的内电阻[Rg=IR0Ig=990 Ω]。

评析：例6、例7均考查了串联分压、并联分流、分压式供电、欧姆定律、实验电路设计等基础知识，例6还考查了器材选取及仪器仪表读数等基础知识。两道题均能检测学生设计实验探究方案及正确实施实验探究方案的能力，也能检测学生是否进实验室做过该实验。它们对中学物理教学有很好的导向作用。

2022年高考全国甲乙卷物理试题与高考评价体系的要求完全吻合，能有效引导中学物理教学注重学科本真。中学物理教学不是一个个孤立概念或规律的教学。在教学中，教师要帮助学生形成知识体系和方法体系，侧重培养学生应用所学知识构建实际问题的物理模型的能力，以及对相应模型进行推理、论证与解释的综合能力。

（责任编辑 易志毅）