结合实际情境 落实核心素养

陈信余

《普通高中物理课程标准》（2017版）在实施建议里提到：运用物理知识解决实际问题能力的高低，往往取决于学生将情境与知识相联系的水平；在物理教学中，应让学生获得在实际情境中解决物理问题的大量经验，形成把情境与知识相關联的意识和能力。2018年全国高考理综I卷充分体现了结合实际情境，落实核心素养的基本理念与思想，下面就该试卷中涉及与情境结合来落实核心素养的试题做一简要的评析，并为下一届高三复习备考提供参考和建议。

一、2018年全国高考理综I卷评析

【例1】（14题） 高铁列车在启动阶段的运动可看作初速度为零的均加速直线运动，在启动阶段列车的动能

A. 与它所经历的时间成正比

B. 与它的位移成正比

C. 与它的速度成正比

D. 与它的动量成正比

评析：本题以高铁列车启动的实际情境为背景描象出物理模型——质点，在知识上，对动能表达式和匀变速直线运动中速度公式、位移公式的全面考查；在能力上，重点考查推理能力，即根据已知知识和条件，对物理问题进行推理，得出正确结论。设加速度为a，经历的时间为t，通过的位移为s，由匀变速直线运动的知识，有：v=at、v2=2as；即动能：Ek=ma2t2=mas。试题涉及运动和能量观念，考查模型构建和科学推理。

【例2】（15题） 如图1，轻弹簧的下端固定在水平桌面上，上端放有物块P，系统处于静止状态，现用一竖直向上的力F作用在P上，使其向上做匀加速直线运动，以x表示P离开静止位置的位移，在弹簧恢复原长前，下列表示F和x之间关系的图像可能正确的是

评析：本题是从实际情境中抽象出物理模型，对物块在竖直方向上的运动学和动力学进行了全面考查，落实运动与相互作用的观念，重点考查科学思维。

设弹簧的劲度系数为k，则P平衡时弹簧压缩量为；以P为研究对象，设它的加速度为a，由牛顿第二定律可知：F+k（x）-mg=ma，整理得：F=ma+kx。能够根据具体问题列出物理量之间的关系，进行推导和求解，能用函数图像进行表达和分析，并根据结果得出物理结论，是一种重要的研究和分析物理问题的方法。

【例3】（18题） 如图2，abc是竖直面内的光滑固定轨道，ab水平，长度为2R：bc是半径为R的四分之一的圆弧，与ab相切于b点。一质量为m的小球。始终受到与重力大小相等的水平外力的作用，自a点处从静止开始向右运动，重力加速度大小为g。小球从a点开始运动到其他轨迹最高点，机械能的增量为

A. 2mgR B. 4mgR C. 5mgR D. 6mgR

评析：本题小球运动轨迹的最高点不是图2中的c点。根据运动的独立性原理：小球离开c后在重力（mg）作用下做竖直上抛运动，同时在水平恒力（F=mg）的作用下向右做初速度为零匀加速直线运动，其轨迹是曲线。设小球在c点的速度为v、竖直向上运动到最高点所经历的时间为t，有：v=gt；则小球在水平方向移运动的距离为：s=gt2；a到c，由动能定理：mg·3R-mgR=mv2；联立以上三式得：s=2R。发挥空间想象，把小球离开c后到运动到轨迹最高点的情境补完整，如图3，则由功能原理可知，水平恒力做的功就是机械能的增量，即E=F（3R+s）=5mgR。试题通过确立小球离开c后的情境来落实物理核心素养。

【例4】（19题） 如图4，两个线圈绕在同一根铁芯上，其中一线圈通过开关与电源连接，另一线圈与远处沿南北方向水平放置在纸面内的直导线连接成回路。将一小磁针悬挂在直导线正上方，开关未闭合时小磁针处于静止状态。下列说法正确的是

A. 开关闭合后的瞬间，小磁针的N极朝垂直纸面向里的方向转动

B. 开关闭合并保持一段时间后，小磁针的N极指向垂直纸面向里的方向

C. 开关闭合并保持一段时间后，小磁针的N极指向垂直纸面向外的方向

D. 开关闭合并保持一段时间再断开后的瞬间，小磁针的N极朝垂直纸面向外的方向转动

评析：本题将磁场及其方向、通电直导线和通电螺线管周围磁场及分布、法拉第电磁感应定律、楞次定律等多个知识点与具体的实验情境结合起来，重点落实物质观念和科学思维两方面的核心素养。根据安培定则，铁芯上右线圈接通电源后，它引起的磁场分布如图5所示；根据法拉第电磁感应定律可知，铁芯右线圈接通电源瞬间，左线圈的磁量增大，从而产生感应电流；根据楞次定律知，感应电流方向如图6所示，根据安培定则可以判断通电直导线周围的磁场分布如图6所示，从而确定闭合开关后瞬间小磁针的N极朝垂直纸面向里偏转。闭合开关后一段时间，铁芯左线圈的磁通量没有变化，所以不会产生感应电流。同理可分析断开开关瞬间，小磁针转动的方向。应用多个知识点分析多个情境对象，铁芯右线圈、左线圈、通电直导线、小磁针，还涉及立体空间，要有一定的空间想象能力，试题难度不算大，但通过多知识点应用于不同情境下分析，很好地落实了学生的物理核心素养。

【例5】（20题）2017年，人类第一次直接探测到来自双中子星合并的引力波。根据科学家们复原的过程，在两颗中子星合并前约100 s时，它们相距约400 km，绕二者连线上的某点每秒转动12圈，将两颗中子星都看作是质量均匀分布的球体，由这些数据、万有引力常量并利用牛顿力学知识，可以估算出这一时刻两颗中子星

A. 质量之积 B. 质量之和

C. 速率之和 D. 各自的自转角速度

评析：本题以探测引力波的真实情境为背景抽象出双星模型，将文字信息转化成图像情境，从而找出相关的物理量，重点考查圆周运动和万有引力定律的相关知识，涉及物理观念、科学思维和科学责任与态度几个方面的物理核心素养。

【例6】（24题） 一质量为m的烟花弹获得动能E后，从地面竖直升空，当烟花弹上升的速度为零时，弹中火药爆炸将烟花弹炸为质量相等的两部分，两部分获得的动能之和也为E，且均沿竖直方向运动。爆炸时间极短，重力加速度大小为g，不计空气阻力和火药的质量，求

（1）烟花弹从地面开始上升到弹中火药爆炸所经过的时间；

（2）爆炸后烟花弹向上运动的部分距地面的最大高度。

从以上的分析可以看出，2018全国高考理综I卷的物理试题有一半以上与具体的情境相结合，考查学生在处理物理问题时，能否把问题中的实际情境转化成解决问题的物理情境，建立相应的物理模型，并应用物理观念思考问题和应用物理知识解决问题，这种命题方式和特点，要引起我们的高度重视，并在复习备考中加强这方面的针对训练。

二、2019届高三备考复习建议

1. 回归教材 夯实基础

中学物理教材涉及到物理核心素养的“物理观念”“科学思维”“科学探究”“科学态度和责任”四个方面，通过最基本的物理事实、著名科学家的故事、经典物理实验的作用与地位以及物理学史上的重大发现，渗透最基本的物理思想和研究问题的方法；另外，善于从教材中选取素材是我国高考物理试题的一大特色。如：2017年全国高考理综（物理）I卷有三道题分别直接取自粤教版教材的必修2、选修3-3和3-5，两道改编于选修3-1、3-2；今年的第16题、第21题改编于教材（人教版和粤教版都有相同的内容）选3-1第三节“点電荷的电场强度及其叠加原理”和第五节“电场强度与电势差的关系”。所以，高三复习备考，尤其是第一轮复习，一定要回归教材，要让学生包括对文字、图像、表格、插图等内容的阅读或浏览；对教材例题的分析与解答要认真阅读、反复推敲，领会其中的道理，掌握分析和处理物理问题的一般方法；对教材中的练习或习题，要一道道去经历分析、解答（书写）的过程，积累在实际情境中解决物理问题的经验，形成把情境与知识相关联的意识和能力。通过对教材的阅读，吸取有利于学生终身发展的必备知识。

2. 重视运用图形、图像进行表达和分析

《普通高等学校招生全国统一考试大纲·物理》（2018版），在“应用数学处理物理问题的能力”中提到：能运用几何图形、函数图像进行表达和分析。所以，画图形、作图像既是应用数学处理物理问题的方法之一，也是应用数学处理物理问题的一种能力。2017年全国高考理科综合（物理）I卷通过四道相关试题，突出考查了应用矢量图形、几何图形、函数图象进行表达和分析；2018仍然重视这方面的考查，通过三道涉矢量图、函数图像的试题，考查了画图、识图和用图的基本能力。如第15题，由牛顿第二定律得到：F=ma+kx，然后根据函数图象判断哪幅图象；第16题，电荷之间的作用力有“同向相吸，异向相斥”的规律，根据力的平行四边形定则和已知小球c所受库仑力的合力的方向平衡于a、b的连线，可判断a、b带异种电荷，画出c的受力矢量图如图9甲或乙，由和库仑定律可求得结果；第23题通过描点连线（作图）、读数（识图）来考查运用图像表达和分析的能力。

物理规律除了用数学公式表示以外，还经常用函数图像来表示。因为图像突出的优点是形象直观，也较容易直接根据实验数据描绘出来，画图、识图、辨图、用图和作图是解决物理问题的重要能力之一。在近几年全国高考物理试题中有关物理图象的问题频频出现，物理图象是处理物理问题的一个基本方法，也是应用数学处理物理问题能力的重要体现，这要引起我们的高度重视并加强相应的训练。

3. 加强知识与情境相联系的针对训练

近年全国高考物理试题，特别注重将物理知识与真实具体情境联系起来，落实物理核心素养的四个方面，考查学生综合分析能力。这类试题可以是选择题、填空题、计算题、实验题等不同的题型。在复习备考中要加强知识与情境相联系的针对训练。下面再举一道相关的例题进行分析，一方面认识到这类试题的重要性；另一方面，掌握处理这类问题的基本思路和一般方法。

【例7】（2011年全国I卷第19题） 卫星电话信号需要通过地球同步卫星传送。如果你与同学在地面上用卫星电话通话，则从你发出信号至对方接收到信号所需最短时间最接近于（可能用到的数据：月球绕地球运动的轨道半径约为3.8×105km，运行周期约为27天，地球半径约为6400km，无线电信号的传播速度为3×108m/s）

A. 0.1s B. 0.25s C. 0.5s D. 1s

评析：这是一道与日常生活紧密联系的试题，估算地面上两人通过卫星通话从发出信号到接收到信号的时间是一个实际的问题。为了确定选用什么公式（函数）进行估算，必须了解通话信号发送与接收的过程，即要把卫星电话通话的大致情境（过程示意图）弄清楚，从而找到对应的物理量；要弄清楚情境，就必须将文字信息转换成图像信息。

依题中的文字信息可知：地球同步卫星和地球赤道在同一平面内，从而将地球赤道和同步卫星画成以地心为圆心的同心圆，卫星电话通话的情境大致如图11，①为地面信号到同步卫星，②为信号经反射回到地面。近似处理，认为信号在同步卫星来回的路程约等于卫星距地面高度的两倍，所以，信号从发出到接收的时间为：t=，结合图像可知：h=r1-R，r1是同步卫星绕地球运转的轨道半径，R是地球的半径。求卫星距地面的高度h，必须求出同步卫星绕地面运转的轨道半径r1。

此题虽然是一道选择题，但要正确对选项做出判断，仍然要将真实情境抽象出物理模型，经历将文字信息转换成图像信息、再从图像信息中获取处理问题所需要的物理知识（几何关系、公式或规律）、结合万有引力定律和一些基本事实（地球自转一圈的时间为1天）进行论证和推理这样一个完整的思维过程及其思维过程的不同表达方式（文字、图像和函数）。所以，要结合文字描述，抽象模型，教会学生如何正确画出同心圆，将文字表达转化成图形表达。从几何图形上确定相关物理量，选择物理规律进行推导和论证，完成从图象到函数表达的转化。

加强知识与情境相联系的针对训练，事实上就是重视推理能力培养，针对文字、图像和函数三种表达式方式之间的转换进行训练，看到文字能构想出情境，看到情境能找到隐含的物理量，对照函数表达式能解释或说明各物理量的意义。

责任编辑 李平安