物理概念的理解與高考綜合分析能力的提高

陳志勝

（泉州市第五中學 福建 泉州 362000）

高考中物理學科考試以能力測試為主導，注重對考生物理科學素養的考查.《普通高等學校招生全國統一考試大綱（理科·課程標準實驗）》概括的5種主要能力中，綜合分析能力是體現考生學科能力和素養的核心能力.對考生綜合分析能力的影響最大的因素就是物理概念的理解、掌握與運用，下面以近幾年高考中出現的優秀試題為例說明概念理解在物理問題綜合分析中的重要意義.

1 理解概念的確切含義是提高綜合分析的清晰程度和簡捷程度的要求

【例1】（2011年高考江蘇卷第9題）如圖1所示，傾角為α的等腰三角形斜面固定在水平面上，一足夠長的輕質綢帶跨過斜面的頂端鋪放在斜面的兩側，綢帶與斜面間無摩擦.現將質量分別為M 和m（M＞m）的小物塊同時輕放在斜面兩側的綢帶上.兩物塊與綢帶間的動摩擦因數相等，且最大靜摩擦力與滑動摩擦力大小相等.在α角取不同值的情況下，下列說法正確的有

A.兩物塊所受摩擦力的大小總是相等

B.兩物塊不可能同時相對綢帶靜止

C.M 不可能相對綢帶發生滑動

D.m不可能相對斜面向上滑動

圖1

分析與說明：本題是選擇題的壓軸題，重點考查牛頓第二定律、摩擦力和最大靜摩擦力臨界條件的應用，為雙斜面情景中的兩個物體問題.要求考生有很強的綜合分析能力.正確選項：A，C.本題應該最先確定的是選項A，這正是對學生概念理解準確性要求最高的點，學生能否快速、準確地把握理想模型“輕質綢帶”的概念直接決定其后續分析的清晰程度和簡捷程度.

“輕質”是高中物理力學問題中最常見的物理概念，意思是不考慮物體的質量，即視為m＝0.常見有“輕質繩”“輕質桿”“輕質彈簧”，這3種模型有共同的特點，當它們受兩個相反方向的力F1和F2作用時，根據牛頓第二定律，F1－F2＝ma，由于m＝0，因此總有F1＝F2.由此可見本題由“輕質綢帶”可快速確定選項A正確；再注意到M＞m且最大靜摩擦力與滑動摩擦力大小相等，則隨著α角的增大，m先達到臨界狀態先與綢帶發生相對滑動，而兩者發生相對滑動后，物體與綢帶的間摩擦力就保持不變，始終等于m與綢帶的滑動摩擦力，不可能增大到M的臨界狀態，因此選項C正確.

2 理解相關概念的區別和聯系是進行正確分析及判斷的重要保證

【例2】（2013年高考上海卷第20題）圖2為在平靜海面上，兩艘拖船A和B拖著駁船C運動的示意圖.A和B的速度分別沿著纜繩CA和CB方向，A，B，C不在一條直線上.由于纜繩不可伸長，因此C的速度在CA，CB方向的投影分別與A，B的速度相等，由此可知C的

A.速度大小可以介于A，B的速度大小之間

B.速度大小一定不小于A，B的速度大小

C.速度方向可能在CA和CB的夾角范圍外

D.速度方向一定在CA和CB的夾角范圍內

圖2

分析與說明：本題是選擇題的壓軸題，重點考查力、運動的合成與分解的知識，正確選項：B，C.由于結合了力與運動關系的知識，考試中失分率非常高，雖然大部分考生能區分“運動的合成與分解”和“力的合成與分解”，但是對選項C仍然無法清晰理解和解釋，其中的關鍵在于對題中的隱含的“力與運動關系”概念理解不到位，因而建立不起準確的物理聯系而受阻.圖示為“兩艘拖船A和B拖著駁船C運動的示意圖”，包含“運動”和“受力”兩個概念，根據運動的分解很容易得知選項B正確；如果注意到力是改變運動的原因，也就是力的方向與運動方向沒有簡單確定的關系（可能成任意夾角），而題中并未說明駁船的運動狀態，可見如果駁船在做曲線運動，則拉力方向（即CA和CB的方向）就必須指向曲線圓弧內側，即速度方向指向CA和CB的夾角范圍外，因此選項C正確.

3 理解概念的表達形式以及簡單應用是物理學科能力的一種基本體現

【例3】（2013年高考安徽卷第17題）質量為m的人造地球衛星與地心的距離為r時，引力勢能可表示為，其中G 為引力常量，M 為地球質量.該衛星原來的在半徑為R1的軌道上繞地球做勻速圓周運動，由于受到極稀薄空氣的摩擦作用，飛行一段時間后其圓周運動的半徑變為R2，此過程中因摩擦而產生的熱量為

分析與說明：本題重點考查萬有引力定律和能量的轉化和守恒定律的應用，要求學生有較強的理解能力、綜合分析能力，尤其是理解新概念并將所學物理方法遷移應用的能力.因為題目中提供了新概念“引力勢能”及其表達式，這要求學生準確理解動能、勢能、機械能及功能關系，先由萬有引力定律、牛頓第二定律，得

求出衛星在對應軌道的機械能表達式

然后根據能量的轉化與守恒定律可知，此過程中因摩擦而產生的熱量就等于此過程機械能的損失，即

計算可得選項C正確.本題不少學生由于概念模糊，認為產生的熱量等于勢能的損失而錯選了選項A.

4 理解應用概念和規律的適用條件是提高分析綜合能力的保證 也是物理學科素養體現

【例4】（2013年高考福建理綜卷第22題）如圖3（a），空間存在－范圍足夠大的垂直于x Oy平面向外的勻強磁場，磁感應強度大小為B.讓質量為m，電荷量為q（q＞0）的粒子從坐標原點O沿加x Oy平面以不同的初速度大小和方向入射到該磁場中.不計重力和粒子間的影響.

圖3

（1）若粒子以初速度v1沿y軸正向入射，恰好能經過x 軸上的A（a，0）點，求v1的大??；

（2）已知一粒子的初速度大小為v（v＞v1）.為使該粒子能經過A（a，0）點，其入射角θ（粒子初速度與x軸正向的夾角）有幾個？并求出對應的sinθ值；

（3）如圖3（b），若在此空間再加入沿y軸正向、大小為E的勻強電場，一粒子從O點以初速度v0沿y軸正向發射.研究表明：粒子在x Oy平面內做周期性運動，且在任一時刻，粒子速度的x分量vx與其所在位置的y坐標成正比，比例系數與場強大小E無關.求該粒子運動過程中的最大速度值vm.

分析與說明：本題作為壓軸題（詳細解答請查閱2013年福建高考試題、參考答案），重點考查帶電粒子在復合電磁場中的運動問題，難點是第（3）小題中的運動情景，帶電粒子周期性運動的軌跡是一條比較復雜的曲線，要求考生能理解并運用提供的新結論進行分析并解答.本題在根據洛倫茲力不做功推出y坐標最大時速度最大后，最關健的就是對所提供的結論“粒子在x Oy平面內做周期性運動，且在任一時刻，粒子速度的x分量vx與其所在位置的y坐標成正比，比例系數與場強大小E無關.”中，所涉及的概念的理解、轉化和表達能力.一是速度大小與空間坐標關系的建立（vm＝kym），二是比例系數未知的問題.核心點就是“比例系數與場強大小E無關”的理解與轉化，這需要考生能理解并推理到特殊情況就是：當E＝0時，粒子只受磁場力作用做勻速圓周運動而且遵循上述關系，則可得v0＝kR0，從而解出正確結果.上述通過推理、轉化、巧妙地解決“比例系數”這一難點的方法，體現了物理學中從一般到特殊分析問題的基本思想，要求考生具備非常高的物理學科能力和科學素養.

從上述幾個實例可看出物理概念的理解在綜合能力考查中所起的重要作用，這是制約學生綜合分析能力及至物理學科能力提升的首要因素，也是學生學習過程中往往忽視的要點，因此在教學過程中可參考高考大綱提出具體要求：理解物理概念、物理規律的確切含義，理解物理規律的適用條件，以及它們在簡單情況下的應用；能夠清楚地認識概念和規律的表達形式（包括文字表述和數學表達）；能夠鑒別關于概念和規律的似是而非的說法；理解相關知識的區別和聯系.通過重視加強物理概念的理解能力培養，提高學生綜合分析能力，努力實現既提高物理學科能力又提高科學素養的目標.