2023年全国高考乙卷理综第25题的评析与思考

邓 伟

(重庆市开州中学,重庆 405499)

2023年高考全国理综乙卷物理试题全面落实教育立德树人的根本任务.加强教考衔接,遵循课程标准,依托中国高考评价体系,注重深化物理基础;增强探究性,突出科学思维考查和科学素养考查,注重物理方法的培养,引导教学注重作业题、训练题减量提质,减少“重复、机械刷题”,促使教学把教材内容讲全讲透,提升课堂效果,形成学生必备知识与关键能力.而高考压轴题作为一份试卷的精华所在,也是高考命题的风向标,最能体现高考的命题意图和思想.试题分析就是一线教师与命题者的间接“对话”,应充分理解考题的设计意图,从而对高中物理教学发挥更加明确的导向作用.

1 原题重现

图1 2023年全国乙卷理综第25题图

(1)第一次碰撞后瞬间小球和圆盘的速度大小;

(2)在第一次碰撞到第二次碰撞之间,小球与圆盘间的最远距离;

(3)圆盘在管内运动过程中,小球与圆盘碰撞的次数.

2 试题评析

2.1 命题意图

落实物理学科核心素养是2023年全国乙卷理综第25题命题的最大亮点,物理观念和科学思维是物理学科核心素养的重要组成部分.培养学生的物理观念,决定着学生对物理知识理解的深入度和应用的灵活性,对学生终生的学习和发展具有重要作用;培养学生的科学思维,让学生能够对模型建构、科学推理、科学论证、质疑创新等要素和科学思维方法有机整合.本题直观考查了弹性碰撞相关知识,深入考查了物理观念中的物质观、运动观、能量观和科学思维中的模型建构、科学推理等核心素养的重要方面.在熟悉的情景中,注重考查了学生是否具有独立思考、分析问题和灵活解决问题的科学思维能力.引导物理课堂应跳出题海战术,树立学生正确的思维方式,提高学生物理学科核心素养,为学生的终生发展奠基.

2.2 试题释疑

本题的疑点是第(3)问.小球反复地追击圆盘并发生弹性碰撞,体现在运动过程复杂、多次弹性碰撞的计算难度大,用常规的分段分析的方法解答,耗时多,因此对思维方法、规律把握、解题方法和计算要求较高.因此,突破疑点应抓以下几个方面:第一,除碰撞瞬间,小球做加速度为g的匀变速直线运动,圆盘做对应阶段的匀速运动;第二,受限条件是管的总长度20l,但注意圆盘初始位置离上管口为l,可以通过圆盘向下运动的位移与这一条件建立联系;第三,圆盘运动中受力平衡,小球在管中下降减少的重力势能转化为小球、圆盘的动能;第四,每相邻两次碰撞的时间相同,每次碰撞前后瞬间小球、圆盘的相对速度大小相等,方向相反,即深度掌握和熟练应用弹性碰撞规律.

2.3 试题解析

分析第(1)问体现了基础性,考查了匀变速直线运动(自由落体)和典型碰撞模型弹性碰撞,突显物理学科核心素养中的运动观与模型建构能力.本问物理情景、运动规律学生较熟悉,解答方法较多,比较容易.学生存在的问题是对“一动一静”式弹性碰撞的方程不会解或没有记住碰撞后的速度关系.

(2)类比成追击相遇问题,利用v-t图像求解.

分析第(2)问在第(1)的基础上,由单一物体的运动变成两个物体的运动,除了运动与碰撞外,还增加圆盘的受力平衡,难度加大.结合(1)问碰撞后的速度和圆盘的受力情况,也较为容易分析出小球和圆盘的运动情况.解答的方法较多,应用v-t图像求解简便、省时.学生存在的问题是第(1)问的速度没有算出,无法进行后续分析.

(3)本问是本题的分水岭,采用多种方法求解.

解法1常规解法,分段分析

解法2 归纳法与能量的结合

解法3利用v-t图像

分析第(3)问综合难度大,小球反复地追击圆盘并发生弹性碰撞,运动过程复杂、多次弹性碰撞的计算难度大.这就要求学生真正理解弹性碰撞的特点,同时全局把握小球、圆盘的运动规律、能量转化情况,从而选择合适的解题方法.解法1是大多数学生都能想到的,但解答过程复杂、耗时多,不能完整解答;解法2从整体上分析得出碰撞后瞬间小球、圆盘的速度“通项式”和能量转化关系,解答较为容易,但学生不易想到;解法3利用v-t图像,解法简洁直观、思路清晰、运算简单,解答效率更高,且运动学图像也是学生较熟悉的,但不少学生不习惯利用图像辅助解题[1].学生存在的问题是本问综合性强、难度大,物理过程分析不清,甚至较多学生无时间分析而放弃.

3 教学思考

3.1 解题思维障碍分析

物理教学过程是引导学生进行观察、分析、解决问题的过程.然而,在教学过程中,时有学生反映如下问题:(1)课堂上讲的内容能够理解,但是再次碰上相同或者相似模型时,却感到熟悉又无奈;(2)刷了很多习题,但是解题过程依然处处碰壁;(3)解题过程中认为思路是对的,结果发现解答不下去,半途而废.以上反映在多次弹性碰撞类问题中更为突出.说明学生并没有从学习活动中获取解决问题的关键能力,主要表现在套用模型导致解题思路固化的思维障碍. 在学习构建模型过程中,很多学生选择把模型记住,在解题过程中直接把记忆中的模型和对应的规律进行复述.而实际问题的情境是多变的,所需要构建的模型也是相应变化的,应用的规律、解题的方法也随之而变,因此学生的思维在此处脱节,造成了思维上的障碍.这说明学生对模型的分析不够深入,对规律不能类化、迁移,从而影响解题.

3.2 思维障碍突破策略

随着新高考的不断深化,必须正视高考对教学的引导功能.如果教师还只停留在教给学生知识,而不注重学生分析问题和解决问题能力的提升、解答方法的引导,稍为灵活的试题或压轴题就会成为多数学生的分水岭.在2023年全国乙卷理综第25题第(3)问中,学生能够感受到弹性碰撞模型很熟悉,想法可能也很多,但却无法有效解决问题,熟悉的模型变得不再熟悉[2].

因此,物理学科的规律不是套路,解题过程更不能生搬硬套,而是要把握解决问题的规律.其中模型、条件可以根据实际情境千变万化,但是解题的规律却是相对稳定的,分析透物理规律,才能选择灵活的解法.如何利用学科关键能力解决物理问题是教学中的重要目标,可以把每个综合问题(大题)都可分解为多个小问题(小题),即采用“大题小做”的问题解决模式(如图2),对问题的分析将更具有可行性.

图2 大题小做思维流程图

以本题为例.此问涉及多对象、多阶段、多规律的复杂运动,学生看完问题后思维容易混乱.若采用大题小做的问题解决模式,本题的思路就比较清晰了.如小题1,小球做自由落体运动,列匀变速直线运动方程;小题2,小球与圆盘发生弹性碰撞,列动量守恒和动能守恒方程;小题3,由小题2的结果可得小球做竖直上抛运动,圆盘受力平衡做匀速直线运动,类似追击相遇问题,小球先向上减速然后向下加速追上圆盘并发生第二次碰撞,列小球、圆盘位移相等方程、匀变速直线运动速度关系,弹性碰撞动量守恒、动能守恒方程;小题4,小球第二次碰撞后瞬间的速度为0,做自由落体运动,圆盘以第二次碰撞后瞬间的速度做向下匀速直线运动.小球追上圆盘发生第三次弹性碰撞,列式与小题3相似;再续分小题,分析思路与小题3、4类似,这就是基本解法.通过基本解法中碰撞前后小球、圆盘的速度关系分析,能量情况分析,可以灵活选择其他解法.

4 结束语

高考试题是经过命题专家深思熟虑的结果,经典模型[3]不按“套路”出牌,常考常新是高考试题的亮点.通过对2023年全国高考乙卷理综第25题分析,可以看出试题以经典的弹性碰撞模型为基础,通过受力分析、运动情况分析、能量角度的思考,考查综合分析能力、情景类比迁移能力、计算能力、识图作图能力等,充分落实物理学科核心素养中的物理观念和科学思维中的运动观、能量观、模型建构等方面能力要求.虽然本题物理模型、情景熟悉,但是却对学生必备知识、关键能力的要求很高,需要学生能够灵活分析,巧妙解答.这就要求教师在课堂教学中既要立足于基础,即立足于物理的基本概念、基本规律、基本方法和基本技能,又要重视思维方法的引导、拓展,解题方法的训练与提升.高考注重能力的考查,实际上是考查学生对基本知识、基本技能的理解、掌握和结合实际的灵活运用.对待基础知识,一应理解和应用,二应注重归纳与建构,三应综合与迁移,落实学科关键能力的培养.