时子豪 张石友 黎娇娥

(北京市第一七一中学，北京 100013)

北京高考物理试题一直坚持“走大道、求大气”,拒绝“偏难怪”和“假大空”．命题突出学科主干知识、核心规律、重要方法,注重创新情景的设计,将理论知识与实际生产生活紧密结合,让试题更具有“人味儿”、“生活味儿”．在新课程改革以及2020年北京新高考命题中,将逻辑推理,信息加工,模型建构等关键能力,作为高中物理的重要考查能力,通过试题凸显出对学科必备知识和关键能力的考查,提升学生的综合素养．本文以2020年北京高考物理试题中的一道计算题为例,展开案例研究,谈谈北京新高考中是如何考查物理核心规律与学科关键能力的．

1 试题展示

[2020年北京高考(等级考)物理试卷第19题]如图1(甲)所示,真空中有一长直细金属导线MN,与导线同轴放置一半径为R的金属圆柱面．假设导线沿径向均匀射出速率相同的电子,已知电子质量为m,电荷量为e．不考虑出射电子间的相互作用．

图1

(1) 可以用以下两种实验方案测量出射电子的初速度

a. 在柱面和导线之间,只加恒定电压;

b. 在柱面内,只加与MN平行的匀强磁场．

当电压为U0或磁感应强度为B0时,刚好没有电子到达柱面．分别计算出射电子的初速度v0．

(2) 撤去柱面,沿柱面原位置放置一个弧长为a、长度为b的金属片,如图1(乙)所示．在该金属片上检测到出射电子形成的电流为I,电子流对该金属片的压强为p．求单位长度导线单位时间内出射电子的总动能．

2 试题分析

2.1 命题意图

物理学科核心素养中的一个非常重要方面是科学思维．实际研究的问题和研究对象往往比较复杂,影响的因素较多,物理学上在解决问题时,需要抓住主要因素,忽略次要因素,对实际问题进行理想化处理,建立起能够描述客观事物本质的抽象的物理模型,构建理想化模型是物理学最重要的研究方法之一,也是物理学的核心学科特色,具有非常重要的研究价值．[1]本题注重考查了学生构建模型的能力,在给定的问题情境中,基于熟悉的物理模型,引导学生深入思考,建立模型,以及利用重要的物理规律去解决实际问题,促进学生模型建构能力的题培养和提升．

图2

2.2 试题解析

图3

本题第2问的情景虽然较为新颖,但抽化出来的物理模型对于学生其实并不陌生,早在2013年北京高考最后一道计算题就出现过,在2020年3月份北京市适应性统测中也作为最后一道计算题压轴出场,因此对于知识水平和能力水平较为不错的学生,应很快能够找到本问的考点以及主要解题方法,即考查模型构建能力和物理核心规律——动量定理．本问的第一个难点是确定电子的运动模型,有部分学生受之前做过题目的影响,认为电子会反弹,建立了弹性碰撞模型,或进行讨论Δp=kmv．但根据题目情景金属片上检测到出射电子形成的电流,说明电子到达金属板后由于与金属板发生相互作用,导致其速度应减为0．题目已知电子流对金属片的压强为p,可求金属片接收到的电子数目,但题干设问需求导线出射电子的数目,因此本问第二个难点是如何建立模型通过接收到的电子数目求解单位长度单位时间导线发射出的电子数目,笔者提供以下5种思路和解法.

解法1:设单位面积单位时间金属板接收的电子数目为n,

由题意I=n·ab·e；

电子对金属板的撞击过程,设时间Δt,根据动量定理p·ab·Δt=n·ab·Δt·mv0；

图4

解法2:设单位体积单位时间金属板接收的电子数目为n,

由题意I=n·ab·v0·e；

根据动量定理

p·ab·Δt=n·ab·v0·Δt·mv0;

解法3:设单位长度单位时间金属板接收的电子数目为n,

根据动量定理

解法4:设单位时间金属板接收的电子数目为n,

由题意I=n·e，

根据动量定理p·ab·Δt=n·Δt·mv0;

解法5:设Δt时间内金属板接收的电子数目为n,

根据动量定理p·ab·Δt=n·mv0;

3 教学启示

2020年北京新高考命题所呈现出来的试题特点,给我们今后的教学以及高三复习备考一些有益的启发,促进教学效果的提升．关键能力的考查是以主干知识以及核心规律为载体,因此在教学和复习中,要注重对核心概念、规律的理解,要注重培养题目有效信息的分析能力、能基于物理状态和过程构建物理模型的能力、能运用数学物理方法解决问题的能力等．即便一些题目的情景较为新颖,但总可以将其化简为经典的物理模型,因此平时习题的选取要偏重于提升科学思维,体会科学思想,让学生在面对物理问题时,能快速、准确的将问题与知识建立起联系并找到解决问题的方法．北京高考物理命题一直具有“北京特色”,这种回归物理学科本质,立足于问题解决,以考查和强化学科必备知识和关键能力的命题,将对新课程教学改革起到积极的引导和推动作用,[2]将更加关注物理本质的教学,实现物理学科的育人价值．