注重核心素养 体现学科本质

朱伊尼 张秀美

摘    要：2020江苏高考第5题在一定程度上体现了“一核四层四翼”的高考评价体系要求，文章从常规解法、能量观念和图像特征等多个角度对该题的解法进行了探析。通过一题多解，使学生对高考试题有深层次的把握，核心素养水平得到提升。

关键词：高考题;物理观念;科学思维

中图分类号：G633.7 文献标识码：A     文章编号：1003-6148（2021）3-0037-3

2020年的江苏卷延续了历年来江苏高考物理试题的特点，试题素材丰富，符合物理学科来源于生活和生产实际，具有基础性、选择性、时代性。全卷16个试题，题量、篇幅恰当，题型设计符合高考说明要求，涉及的知识都是高中物理课程标准所规定的内容。试题注重考查学生的核心素养水平，从物理观念、科学思维等多角度对学生进行考查。

1    原题呈现

例题 （2020年高考江苏物理卷第4题）如图1所示，一小物块由静止开始沿斜面向下滑动，最后停在水平地面上。斜面和地面平滑连接，且物块与斜面、物块与地面间的动摩擦因数均为常数。该过程中，物块的动能Ek与水平位移x关系的图像是（    ）

2    问题分析

解法1 洞察试题主要考点，按部就班顺次求解。从题面来看，本题考查的是力与运动模块的知识点。学生首先想到的方法就是对物块进行受力分析，列出方程组，得到速度v关于x的表达式。再由Ek=■mv2对Ek的表达式进行求解。

假设物块与斜面间的动摩擦因数为μ1，物块与水平地面间的动摩擦因数为μ2，斜面与水平面的夹角为θ，斜面对物块的支持力为N1，摩擦力为f1，物块沿斜面向下的加速度为a1。物块在斜面上运动时，根据牛顿第二定律和匀变速直线运动规律，可得

mgsinθ-f1=ma1mgcosθ=N1f1=μ1N1（1）

对（1）式进行求解，可得

a1=gsinθ-μ1gcosθ（2）

由初速度为0的匀变速直线运动规律2a1l=v2（其中l为沿斜面下滑的距离），可得

v=■（3）

再由动能表达式，将（3）式代入Ek=■mv2，可得

Ek=■m·2（gsinθ-μ1gcosθ）l=（gsinθ-μ1gcosθ）ml（4）

由于■=cosθ，则Ek是关于x的一次线性函数，图像为一条直线。

令物块的高度为H，物块下落到水平地面时的速度为v0，对物块进行受力分析，可得物块在水平方向上的加速度为a2=μ2g，速度为v=■，因此有

Ek=■m[v■■-2μ2g（x-■）]（5）

μ2、m、g、v0、H均为常数，则Ek是关于x的一次线性函数，图像为一条直线。因此选项A正确。

解法2 厘清物块运动过程，强化物理能量观念。假设物块与斜面间的动摩擦因数为μ1，物块与水平地面间的动摩擦因数为μ2，物块的高度为H，下落的高度为h（h≤H），在斜面上下落的距离为l，斜面与水平面的夹角为θ，且

■=cosθ，■=tanθ（6）

由题意可得，物块的初始势能为mgH，初始动能为0。在下落高度h后，物块的势能为mg（H-h），动能为Ek。该过程中摩擦力做功为mgcosθμ1l。根据动能定理，可得

mgH=mg（H-h）+mgcosθμ1l+Ek （7）

将（6）式代入（7）式，可得Ek关于的x函数表达式为

Ek=mg（tanθ-μ1）·x（8）

m、g、tanθ、μ1均为常数，则Ek是关于x的一次线性函数，图像为一条过原点的直线。

物块下落到水平地面后，势能减小为0，动能为Ek。该过程中斜面对物块的摩擦力f1做功为mgcosθμ1■，水平地面对物块的摩擦力f2做功为mgμ2（x-■）。根据动能定理，可得

mgH=mgcosθμ1■+mgμ2（x-■）+Ek（9）

化简后可得

Ek=mg（H-μ1■+μ2■-μ2x）（10）

m、g、H、 μ1、 μ2、tanθ均为常数，则Ek是关于x的一次线性函数，图像为一条直线。因此选项A正确。

解法3 分析斜率的物理意义，提升科学思维能力。根据图像的横、纵坐标，对图像斜率的物理意义进行科学推理。由Ek=■mv2，推理可得图像的斜率为

■=■=■mv■■=■mv·a■=■ma （11）

由（11）式可知，Ek-x圖像的斜率与物块的加速度成正比。第一阶段物块在斜面上运动，对物块的受力分析如图2所示。

物块沿斜面方向的加速度由重力沿斜面方向的分力和斜面对物块的摩擦力f1提供。根据牛顿第二定律，可得

mgsinθ-mgcosθμ1=ma1  （12）

m、g、μ1、sinθ、cosθ均为常数，因此（12）式中a1为定值，故第一阶段Ek-x图像的斜率为定值，图像为一条直线。

第二阶段物块在水平地面上运动，物块的加速度由水平地面对物块的摩擦力提供（如图3）。根据牛顿第二定律，可得

mgμ2=-ma2（13）

m、g、μ2均为常数，因此（13）式中a2为定值，故第二阶段图像的斜率为定值，图像为一条直线。选项A正确。

3    总结与感悟

用解法1对题目进行求解，对学生的科学思维要求不高，只需按部就班列出等式进行计算就可以得到正确答案。但是过程复杂，计算量大，对学生的数学计算能力要求高，很可能由于计算的错误导致解题错误，无法得到正确答案。

能量观念作为物理观念中的一个核心要素，对它的掌握和运用可以帮助学生对物体运动过程的本质有深刻的认识和整体的把握。解法2运用动能定理的思想来解决该问题，只需考虑始末状态物块的能量，不必局限于过程中某一点的复杂情况而对其进行受力分析。简化解题过程的同时，培养学生的能量观念，有助于学生核心素养的提升。

科学思维由科学推理、科学论证、质疑创新等多要素构成。《普通高中物理课程标准（2017年版）》中明确指出，通过高中物理课程的学习，学生应达到能运用科学思维的方法，从定性和定量两个方面，对相关问题进行科学推理、找出规律、形成结论的目标。解法3根据图像的横、纵坐标，对图像的斜率进行科学的推理，即可将定量的计算转化为定性的分析，大大减小了解题的计算量。将考查的重点放在对物理量意义的科学推理上，弱化对数学计算能力的要求，更加突出物理科学的本质。

根据“一核四层四翼”高考评价体系，在考查内容层面，高考试题不仅要考查出学生对于必备知识理解的深度，而且需要考查学生是否具备关键能力、学科素养和核心价值。2020年江苏高考第5题不仅有对学生能量守恒观念的考查，还有对图像斜率的物理意义的科学推理。在考查学生力与运动相关知识点的同时，提升学生多方面的核心素养水平，从学科知识、物理观念、科学思维多方面对学生进行评价，较好地体现了“一核四层四翼”的高考评价体系要求。

参考文献：

[1]王胜华.强化论证推理 培养科学思维——以2019年高考全国物理Ⅱ卷第25题为例[J].物理教师，2020，41（03）：81-82.

[2]中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.

[3]王丽，张军朋.突出图像命题 凸显能力立意——2019年高考物理全国卷图像试题赏析[J].物理教学，2020，42（01）：

67-71.

（栏目编辑    陈  洁）