對2016年北京高考壓軸題（第24題）創新物理情境的賞析

劉安瀾　梁彥溪　梁吉峰

一年一度的高考物理壓軸題目一向以其眾多的研究對象、繁雜的運動過程、多角度的求解方法而成為檢驗考生的理解能力、推理能力、分析能力、演繹能力等方面的綜合運用能力的重點題型.求解力學綜合題對于學生物理思維的全面性、深刻性和靈活性顯然是極大的考驗，當然它也是眾多的高考考生最為關住的內容之一.與全國其他省市的壓軸題的特點相比，北京市的壓軸題一般不在數學推演這個方面難為考生，而是以常規物理情境為背景側重進行微觀機理方面的考查，富有科研性和獨創性.正由于其側重于考查物理學科潛力而受到了諸多老師的首肯.例如2011年壓軸題是在常規的物理情境的基礎上創新引入全新的理解角度（電勢圖線角度）來考查學生的邏輯分析能力；2013年和2014年的壓軸題則是通過對熱現象、電現象和磁現象當中蘊含物理規律的微觀本質進行深刻解讀來考查學生的科學想象能力、物理思維的深刻性和嚴密的邏輯分析能力；或根據獨創的全新物理情境（光電發電機）來考查學生通過類比方法對于物理核心概念和核心過程（電動勢，電場中的勻變速運動）的深刻遷移理解；2016年的壓軸題則是通過光線折射入球的常見光學情境引發學生對于動量定理這一力學核心規律進行深入思考.力學和光學的完美結合又一次詮釋了北京壓軸題目的全新的獨創視角，難以被追蹤和簡單模仿.下面從三個角度對該題進行深度解讀，以期對高考備考有積極的指導作用.

原題（1）動量定理可以表示為Δp=FΔt，其中動量p和力F都是矢量.在運用動量定理處理二維問題時，可以在相互垂直的x、y兩個方向上分別研究.例如，質量為m的小球斜射到木板上，入射的角度是θ，碰撞后彈出的角度也是θ，碰撞前后的速度大小都是v，如圖1所示.碰撞過程中忽略小球所受重力.

a.分別求出碰撞前后x、y方向小球的動量變化Δpx、Δpy；

b.分析說明小球對木板的作用力的方向.

（2）激光束可以看作是粒子流，其中的粒子以相同的動量沿光傳播方向運動.激光照射到物體上，在發生反射、折射和吸收現象的同時，也會對物體產生作用.光鑷效應就是一個實例，激光束可以像鑷子一樣抓住細胞等微小顆粒.

一束激光經S點后被分成若干細光束，若不考慮光的反射和吸收，其中光束①和②穿過介質小球的光路如圖2所示.圖中O點是介質小球的球心，入射時光束①和②與SO的夾角均為θ，出射時光束均與SO平行.請在下面兩種情況下，分析說明兩光束因折射對小球產生的合力的方向.

a.光束①和②強度相同；

b.光束①比②的強度大.

從總體上說，本題考查了動量定理這一力學核心規律在光學情境中的實際應用，彰顯高考考查學科能力和物理核心素養的特點，獨創性又一次得到了體現.這顯然又是一道很好的壓軸題.下面從三個角度給出精細的求解過程，以饗讀者.

解（1）根據題目中“在運用動量定理二維問題時，可以在相互垂直的x、y兩個方向上分別研究”的提示下，我們按照圖3所示的平面直角坐標系進行正交分解：

綜上所述，理解和求解北京物理高考壓軸題的關鍵還是要在平日的教學過程中通過改變學習方式，真正做到課堂的主動權還給學生.教師可以根據課時內容設置一系列的可以逐次進階的探究性問題鏈，形成一個“問題驅動線索”，幫助學生在積極思考和自主表達的過程中不斷地領悟蘊含在物理現象和物理規律內部的深刻內涵以及物理規律的來龍和去脈，從而不斷提升學生的物理學科核心素養.教師在教學過程中還要注重通過不同種類背景（力熱電光原）的物理過程幫助學生不斷提高物理思維方式的全面性、深刻性、靈活性、綜合性甚至獨創性，并且還要進一步指導學生在科學思維的過程中不斷的領悟和深刻體驗例如類比和等效等等物理科學方法的重要作用，從而達到“以例及類臻深闊，高速高效出正果.”的理想狀態.