突出核心規律 強化關鍵能力
——2020年北京高考物理第19題解法分析

時子豪 張石友 黎嬌娥

(北京市第一七一中學，北京 100013)

北京高考物理試題一直堅持“走大道、求大氣”,拒絕“偏難怪”和“假大空”．命題突出學科主干知識、核心規律、重要方法,注重創新情景的設計,將理論知識與實際生產生活緊密結合,讓試題更具有“人味兒”、“生活味兒”．在新課程改革以及2020年北京新高考命題中,將邏輯推理,信息加工,模型建構等關鍵能力,作為高中物理的重要考查能力,通過試題凸顯出對學科必備知識和關鍵能力的考查,提升學生的綜合素養．本文以2020年北京高考物理試題中的一道計算題為例,展開案例研究,談談北京新高考中是如何考查物理核心規律與學科關鍵能力的．

1 試題展示

[2020年北京高考(等級考)物理試卷第19題]如圖1(甲)所示,真空中有一長直細金屬導線MN,與導線同軸放置一半徑為R的金屬圓柱面．假設導線沿徑向均勻射出速率相同的電子,已知電子質量為m,電荷量為e．不考慮出射電子間的相互作用．

圖1

(1) 可以用以下兩種實驗方案測量出射電子的初速度

a. 在柱面和導線之間,只加恒定電壓;

b. 在柱面內,只加與MN平行的勻強磁場．

當電壓為U0或磁感應強度為B0時,剛好沒有電子到達柱面．分別計算出射電子的初速度v0．

(2) 撤去柱面,沿柱面原位置放置一個弧長為a、長度為b的金屬片,如圖1(乙)所示．在該金屬片上檢測到出射電子形成的電流為I,電子流對該金屬片的壓強為p．求單位長度導線單位時間內出射電子的總動能．

2 試題分析

2.1 命題意圖

物理學科核心素養中的一個非常重要方面是科學思維．實際研究的問題和研究對象往往比較復雜,影響的因素較多,物理學上在解決問題時,需要抓住主要因素,忽略次要因素,對實際問題進行理想化處理,建立起能夠描述客觀事物本質的抽象的物理模型,構建理想化模型是物理學最重要的研究方法之一,也是物理學的核心學科特色,具有非常重要的研究價值．[1]本題注重考查了學生構建模型的能力,在給定的問題情境中,基于熟悉的物理模型,引導學生深入思考,建立模型,以及利用重要的物理規律去解決實際問題,促進學生模型建構能力的題培養和提升．

圖2

2.2 試題解析

圖3

本題第2問的情景雖然較為新穎,但抽化出來的物理模型對于學生其實并不陌生,早在2013年北京高考最后一道計算題就出現過,在2020年3月份北京市適應性統測中也作為最后一道計算題壓軸出場,因此對于知識水平和能力水平較為不錯的學生,應很快能夠找到本問的考點以及主要解題方法,即考查模型構建能力和物理核心規律——動量定理．本問的第一個難點是確定電子的運動模型,有部分學生受之前做過題目的影響,認為電子會反彈,建立了彈性碰撞模型,或進行討論Δp=kmv．但根據題目情景金屬片上檢測到出射電子形成的電流,說明電子到達金屬板后由于與金屬板發生相互作用,導致其速度應減為0．題目已知電子流對金屬片的壓強為p,可求金屬片接收到的電子數目,但題干設問需求導線出射電子的數目,因此本問第二個難點是如何建立模型通過接收到的電子數目求解單位長度單位時間導線發射出的電子數目,筆者提供以下5種思路和解法.

解法1:設單位面積單位時間金屬板接收的電子數目為n,

由題意I=n·ab·e；

電子對金屬板的撞擊過程,設時間Δt,根據動量定理p·ab·Δt=n·ab·Δt·mv0；

圖4

解法2:設單位體積單位時間金屬板接收的電子數目為n,

由題意I=n·ab·v0·e；

根據動量定理

p·ab·Δt=n·ab·v0·Δt·mv0;

解法3:設單位長度單位時間金屬板接收的電子數目為n,

根據動量定理

解法4:設單位時間金屬板接收的電子數目為n,

由題意I=n·e，

根據動量定理p·ab·Δt=n·Δt·mv0;

解法5:設Δt時間內金屬板接收的電子數目為n,

根據動量定理p·ab·Δt=n·mv0;

3 教學啟示

2020年北京新高考命題所呈現出來的試題特點,給我們今后的教學以及高三復習備考一些有益的啟發,促進教學效果的提升．關鍵能力的考查是以主干知識以及核心規律為載體,因此在教學和復習中,要注重對核心概念、規律的理解,要注重培養題目有效信息的分析能力、能基于物理狀態和過程構建物理模型的能力、能運用數學物理方法解決問題的能力等．即便一些題目的情景較為新穎,但總可以將其化簡為經典的物理模型,因此平時習題的選取要偏重于提升科學思維,體會科學思想,讓學生在面對物理問題時,能快速、準確的將問題與知識建立起聯系并找到解決問題的方法．北京高考物理命題一直具有“北京特色”,這種回歸物理學科本質,立足于問題解決,以考查和強化學科必備知識和關鍵能力的命題,將對新課程教學改革起到積極的引導和推動作用,[2]將更加關注物理本質的教學,實現物理學科的育人價值．