2022年山东高考物理试题中关键能力的考查研究

吴 宾

威海市第三中学，山东 威海 264212

1 引言

2022年高考物理试题，继续深化从“考知识”到“考能力”的转化，进一步落实《中国高考评价体系》中的考查内容。《中国高考评价体系》明确指出，高考考查内容包含四个方面：核心价值、学科素养、关键能力、必备知识[1]。高中物理学科的关键能力，包含以下五个方面：理解能力、推理论证能力、模型建构能力、实验探究能力、创新能力[2]。2022年山东高考物理试题就从以上5种关键能力下功夫，落实物理学科关键能力的考查。

近年来，以物理学科核心素养为导向的高考试题研究很多，但是从5种关键能力角度分析高考物理试题的研究很少。基于此，本研究以2022年山东物理高考卷为研究对象，评析高考试题如何在5种关键能力上进行考查，以期深入认识高考对关键能力考查的命题特色与趋势，为教师教学和备考提供建议。高考试题每一个题目，并不是单独考查某一种关键能力，而往往考查多种关键能力；同时，高考试题的大多数题目又是以某一关键能力作为考查重点。本研究每一种关键能力借助一个典型试题进行剖析。

2 高考对理解能力的考查

理解能力指的是理解知识的意义，把握物理情境的本质特征，能将知识与情境联系起来，并运用已有的知识和方法解决问题[3]。

例1（2022年山东高考物理第6题）“羲和号”是我国首颗太阳探测科学技术试验卫星。如图1所示，该卫星围绕地球的运动视为匀速圆周运动，轨道平面与赤道平面接近垂直。卫星每天在相同时刻，沿相同方向经过地球表面A点正上方，恰好绕地球运行n圈。已知地球半径为地轴R，自转周期为T，地球表面重力加速度为g，则“羲和号”卫星轨道距地面高度为（ ）

图1 原题配图

评析：高考每个试题都会考查学生理解能力。理解能力是其他关键能力的前提和基础。学生不具备理解能力，其他能力的培养就无从谈起。不具备理解能力，学生拥有的物理概念、规律、方法等便无法正确使用。

3 高考对推理论证能力的考查

推理论证能力指的是能根据已知的物理事实、物理知识，通过分析、推理和论证，得出正确结论并作出正确解释的能力[3]。

例2（2022年山东高考物理第8题）无人配送小车某次性能测试路径如图2所示，半径为3 m的半圆弧BC与长8 m的直线路径AB相切于B点，与半径为4 m的半圆弧CD相切于C点。小车以最大速度从A点驶入路径，到适当位置调整速率运动到B点，然后保持速率不变依次经过BC和CD。为保证安全，小车速率最大为4 m/s。在ABC段的加速度最大为2 m/s2，CD段的加速度最大为1 m/s2。小车视为质点，小车从A到D所需最短时间t及在AB段做匀速直线运动的最长距离l为（ ）

图2 原题配图

评析：推理能力是敏锐地思考分析、快捷反应、迅速地掌握问题的核心，在最短时间内作出合理正确的选择。本题所需物理知识较为简单，但是题目中无人配送小车的运动过程较多，题目解答起来非常繁琐。所以，解答本题的关键不是物理知识和方法，而是要迅速作出反应，按部就班地进行分析、推理、运算。本题过程复杂，没有简单的解题方法，如果寻找捷径，则会浪费时间，且徒劳无功。

推理论证能力的培养需要学生在安静环境下进行长时间独立思考、独立分析，通过纸笔运算、画图等方式，才能严谨地得出答案。

4 高考对模型建构能力的考查

模型建构能力是指能从物理现象中抽象出其主要特征，并通过类比、想象等方法建构其结构、关系等物理模型，并能用物理语言进行描述，在实际问题中能运用物理模型解决问题的能力[3]。

图3 原题附图

（1）当离子甲从A点出射速度为v0时，求电场强度的大小E；

（2）若使离子甲进入磁场后始终在磁场中运动，求进入磁场时的最大速度vm；

解析（1）如图4所示：

图4 离子甲在电场中的运动分析

将离子甲从A点出射速度为v0分解到沿y轴方向和z轴方向，离子受到电场力沿y轴负方向，可知离子沿z轴方向做匀速直线运动，沿y轴方向做匀减速直线运动，从A到O的过程，有

（2）离子从坐标原点O沿z轴正方向进入磁场I中，在磁场I中做匀速圆周运动，经过磁场I偏转后从y轴进入磁场II中，继续做匀速圆周运动，如图5所示。

图5 离子进入磁场后运动分析

由洛伦兹力提供向心力可得

为了使离子在磁场中运动，则离子在磁场I中运动时，不能从磁场I上方穿出。在磁场II中运动时，不能从xOz平面穿出，则离子在磁场中运动的轨迹半径需满足

要使离子甲进入磁场后始终在磁场中运动，进入磁场时的最大速度为。

离子在磁场II中的轨迹半径为

离子从O点第一次穿过到第四次穿过xOy平面的运动情景，如图6所示。

图6 离子甲在磁场中运动轨迹分析

离子第四次穿过xOy平面的x坐标为

x4＝2r2′sin45°＝d

离子第四次穿过xOy平面的y坐标为

y4＝2r′1＝d

故离子第四次穿过xOy平面的位置坐标为（d，d，0）。

（4）设离子乙的速度为v′，根据离子甲、乙动能相同，可得

可得

离子甲、乙在磁场I中的轨迹半径分别为

离子甲、乙在磁场II中的轨迹半径分别为

根据几何关系可知离子甲、乙运动轨迹第一个交点在离子乙第一次穿过x轴的位置，如图7所示。

图7 离子甲、乙在磁场中运动轨迹分析

从O点进入磁场到第一个交点的过程，有

可得离子甲、乙到达它们运动轨迹第一个交点的时间差为

评析：模型建构是物理学科核心素养中的重要要素之一，高考十分重视模型建构能力的考查。本题以中国“人造太阳”为背景进行命题，考查学生的模型建构能力，且对学生将来进行科学探究或从事科学或工程实践有引导作用。

本题涉及的模型主要是过程模型，过程模型是对具体物理过程纯粹化、理想化的抽象。本题中的过程模型包含匀速直线运动、匀变速直线运动、匀速圆周运动等，几种过程模型相组合，无疑增大了题目的难度，需要考生具备一定的空间想象能力。将几种模型进行综合的命题，实际上考查了学生的高阶思维能力。

在教学和备考中，教师应该让学生学会建构物理模型解决问题，而不是熟悉解题套路解答问题。

5 高考对实验探究能力的考查

实验探究能力指的是能独立完成基本的学生实验，能针对具体探究的问题，根据已有条件制订实验探究方案，根据实验数据形成合理结论并作出科学解释和评价的能力[3]。

例4（2022年山东高考物理第14题）某同学利用实验室现有器材，设计了一个测量电阻阻值的实验。实验器材：

干电池E（电动势1.5 V，内阻未知）；

电流表 A1（量程 10 mA，内阻为 90 Ω）；

电流表 A2（量程 30 mA，内阻为 30 Ω）；

定值电阻 R0（阻值为 150 Ω）；

滑动变阻器R（最大阻值为100 Ω）；

待测电阻Rx；

开关S，导线若干。

测量电路如图8所示。

图8 原题附图

（1）断开开关，连接电路，将滑动变阻器R的滑片调到阻值最大一端。将定值电阻R0接入电路；闭合开关，调节滑片位置，使电流表指针指在满刻度的处。该同学选用的电流表为_______（填“A1”或“A2”）；若不考虑电池内阻。此时滑动变阻器接入电路的电阻值应为________Ω。

（2）断开开关，保持滑片的位置不变。用Rx替换R0，闭合开关后，电流表指针指在满刻度的处，则Rx的测量值为________Ω。

（3）本实验中未考虑电池内阻，对Rx的测量值 _________（填“有”或“无”）影响。

评析：高考通过实验题来考查考生的实验探究能力。本题中，测量电阻阻值的实验是基本学生实验，要求学生选择合理的实验器材，并依据已有条件制订实验方案，得出实验数据，并对实验数据作出科学解释和评价。

解答本题的关键是依据实验方案，弄清楚实验原理，否则就无法正确解析第（2）问和第（3）问。测量电阻阻值的实验虽是常规实验，但是学生无法通过死记硬背在本题中得分。所以，在教学中，教师应该培养学生的实验探究能力，而不是让学生死记硬背实验目的、原理、器材、步骤、结论等。

6 高考对创新能力的考查

创新能力指的是在已有经验的基础上，通过自主学习和独立思考，发现新问题、获取新知识、创造新方法、解决新问题的能力[3]。新高考之后，物理学科的创新能力主要通过实验题来考查学生。

例5（2022年山东高考物理第13题）在天宫课堂中，我国航天员演示了利用牛顿第二定律测量物体质量的实验。受此启发，某同学利用气垫导轨、力传感器、无线加速度传感器、轻弹簧和待测物体等器材设计了测量物体质量的实验，如图9所示。主要步骤如下：

图9 原题附图

①将力传感器固定在气垫导轨左端支架上，加速度传感器固定在滑块上；

②接通气源，放上滑块，调平气垫导轨；

③将弹簧左端连接力传感器，右端连接滑块。弹簧处于原长时滑块左端位于O点。A点到O点的距离为5.00 cm，拉动滑块使其左端处于A点，由静止释放并开始计时；

④计算机采集获取数据，得到滑块所受弹力F、加速度a随时间t变化的图像，部分图像如图10乙所示。

回答以下问题（结果均保留两位有效数字）：

（1）弹簧的劲度系数为_____N/m。

（2）该同学从图乙中提取某些时刻F与a的数据，画出a-F图像如图10丙中I所示，由此可得滑块与加速度传感器的总质量为_______kg。

图 10 F-t、a-t、a-F 图像

（3）该同学在滑块上增加待测物体，重复上述实验步骤，在图丙中画出新的a-F图像Ⅱ，则待测物体的质量为________kg。

评析：实验创新的方法有多种，如实验原理创新、实验器材创新、数据处理方法创新等方式，一个创新实验往往需要多种创新。利用牛顿第二定律测量物体质量的实验并不是课程标准中要求的实验。实验室测量质量常使用天平，而本题使用牛顿第二定律来测量，这属于实验原理创新。本实验中采用了力传感器和计算机，属于实验器材创新。本实验画出a-F图像，让考生通过图像得出质量，属于数据处理创新。

近三年山东高考物理试题，实验题均为两个，其中有一个是课程标准规定的实验之外的实验，高考借助这类实验题来考查学生的创新能力。我们无法预测未来的山东高考物理卷考查何种创新实验，但无论如何创新，题目涉及的知识均为高考物理所要求的知识。教师在教学中有意识地培养和提升学生的创新能力，就可以让学生很好地应对此类题目。

7 结语

高考结束后，学生戏言“老师教了的都没考，高考考的都没学”。这在一定程度上反映出，在新高考背景下，很多教师没有转变思想，在教学中想方设法让学生多学会几道题目，而不是培养和提升学生物理学科的关键能力，最终导致学生在高考中觉得“高中三年物理白学了”。