2021年部分卷區高考試題道題深度分析展示

2021年普通高等學校招生全國統一考試(乙卷)第18題分析

《普通高中物理課程標準(2017年版2020年修訂)》的“學業水平考試與命題建議”中提出“評價學生的物理核心素養，應盡量創設類型多樣的、具有一定復雜程度的、開放性的真實情境作為試題的任務情境”。2021年高考物理全國乙卷第18題，以2020年諾貝爾物理學獎的研究為背景，以科學家對恒星S2的觀測為情境，巧妙地把物理模型“藏”起來，情境與問題的結合程度高，能有效考查學生模型建構能力和遷移創新能力。

【真題】科學家對銀河系中心附近的恒星S2進行了多年的持續觀測，給出1994年到2002年間S2的位置如圖1所示。科學家認為S2的運動軌跡是半長軸約為1 000 AU(太陽到地球的距離為1 AU)的橢圓，銀河系中心可能存在超大質量黑洞。這項研究工作獲得了2020年諾貝爾物理學獎。若認為S2所受的作用力主要為該大質量黑洞的引力，設太陽的質量為M，可以推測出該黑洞質量約為

圖1

( )

A.4×104MB.4×106M

C.4×108MD.4×1010M

1 試題評價

中心天體質量的計算是高考中的重要考點，考查頻率是非常高的，在以前的考查中通常都是在行星或衛星圍繞中心天體做勻速圓周運動的情景下進行，今年則是在恒星圍繞黑洞做橢圓運動的情境下進行，這和往年試題相比主要有以下不同。

此道高考題沒有直接給出恒星繞黑洞運動的周期，而是提供了長期的觀測結果，雖然從觀測結果很容易得到周期的近似值，但是卻能再現科研過程，體現理論聯系實際、體現物理與生產、生活、科技的聯系，培養實事求是的科學態度。

此道高考題雖然僅僅是把原來的圓軌道變成橢圓軌道，但對能力和素養有更高的要求。在教材中是這樣說的：行星圍繞太陽的運動軌道與圓十分接近，在中學階段常按圓軌道處理。而我們在對其他天體的運動的研究中也通常繼承了這種做法，但由圖1可見，此軌道一定不能近似看成圓軌道，在以往的高考中也沒有出現過對橢圓軌道進行計算的試題。在教材中對開普勒第三定律中的常量只是說對所有行星都相同，也沒說與誰有關、有什么樣的關系，因此要完成對此常量的推導并加以應用，從而完成本題的計算，需要一定的理解能力、推理能力，建構模型能力。開普勒第三定律中的常量與誰有關是物理規律的確切含義，要能夠理解規律的適用條件，為了推導出此關系，要建立橢圓軌道與圓軌道的聯系，利用圓軌道的結論分析橢圓軌道的計算，實現信息的遷移和應用，因此此題對學生能力的要求是很高的。

2 試題設計亮點

2.1 情境來源體現育人導向

高考考試內容改革的方向不再是單純的選拔功能的優化和提升，而是更加有意識地發揮考試在育人方面的導向功能。增強試題的育人功能，是當前各類考試的重要價值取向，也是考試更好地服務教育教學的重要途徑。“2020年諾貝爾物理學獎”這一材料的選取，有利于引導和培育學生正確的價值觀，體現試題的育人導向。

2.2 利用比較法，巧妙設問

本題考查的知識點是萬有引力定律和開普勒第三定律。情境任務的設置直接與考查目標相聯系，設置是否合理，關系試題的考查目標能否得到實現。本題如果只考查“恒星S2繞黑洞做橢圓軌道的運動”，考查點只能是開普勒定律，這樣物理模型過于明顯，難以考查學生建構模型的能力。試題給出了太陽的質量，來求黑洞與太陽質量的比值，這就要求學生同時建構“恒星S2繞黑洞做橢圓軌道的運動”和“地球繞太陽運動”這兩個運動模型，并把兩個模型進行類比遷移。

3 教學啟示

3.1 創設教學情境，讓學生經歷規律建立的過程

科學家觀測銀河系中心附近的恒星S2，由此得出銀河系中心可能存在超大質量黑洞的猜想，試題展示了這一科學探究情境，有沒有似曾相識的感覺呢？從第谷觀測行星獲取數據，到開普勒研究數據得出開普勒三大定律，再到牛頓猜想得出萬有引力定律，經歷的是相同的探究歷程！在新課教學中，如果沒有讓學生經歷這樣的探究過程，而是簡單的教給學生萬有引力定律，然后讓學生大量刷題，學生遇到這樣的試題會感覺無所適從，不知怎么下手。所以，教師在新課教學中，應創設教學情境，讓學生經歷規律建立的過程。

3.2 把握時代脈搏，將熱點話題轉化為教學情境

在高三復習備考中，教師除了狠抓學生基本功外，還應關注社會熱點信息，挖掘社會熱點中的原始物理問題，將原始物理問題轉化為教學情境，開展教學活動，再將原始物理問題轉化為試題，讓學生有針對性地進行備考訓練。

【作者的單位、姓名】福建省泉州市城東中學 康賢明

安徽省碭山中學 邵永

2021年廣東省普通高中學業水平選擇性考試第13題分析

2021年是廣東省新高考改革方案實施的第一年，廣東省在新高考改革后第一次獨立命制物理試題。試題以豐富的情境化素材為載體，以必備知識和關鍵能力的考查為途徑，以學科核心素養的落實和核心價值的提升為目標，實現了高考從基于“考查內容”的一維評價模式向“考查內容、考查要求、考查載體”三位一體評價模式的轉變，而13題就是極具代表性的一題。

【真題】算盤是我國古老的計算工具，中心帶孔的相同算珠可在算盤的固定導桿上滑動，使用前算珠需要歸零，如圖2所示，水平放置的算盤中有甲、乙兩顆算珠未在歸零位置，甲靠邊框b，甲、乙相隔s1=3.5×10-2m，乙與邊框a相隔s2=2.0×10-2m，算珠與導桿間的動摩擦因數μ=0.1。現用手指將甲以0.4 m/s的初速度撥出，甲、乙碰撞后甲的速度大小為0.1 m/s，方向不變，碰撞時間極短且不計，重力加速度g取10 m/s2。

圖2

(1)通過計算，判斷乙算珠能否滑動到邊框a；

(2)求甲算珠從撥出到停下所需的時間。

【解析】解法1：能量的觀點+動量的觀點

(1)對于甲算珠滑向乙算珠的過程，根據動能定理：

對于甲乙兩算珠碰撞的過程，根據動量守恒定律：

mv+0=mv甲+mv乙②

對于碰撞后乙算珠滑行的過程，根據動能定理：

聯立①②③可得：s=0.02 m=s2，故乙算珠恰好滑到邊框a。

(2)碰撞后甲算珠的速度小于乙算珠的速度，故甲算珠一定在乙算珠之前停在固定導桿上。設碰撞前后甲算珠滑行的時間分別為t1、t2。

對于碰撞前后甲算珠的滑行過程，根據動量定理

-μmgt1=mv-mv0④

-μmgt2=0-mv甲⑤

聯立①②④⑤可得，甲算珠從撥出到停下所需的時間t=t1+t2=0.2 s

解法2：力的觀點+動量的觀點

(1)因甲乙兩顆算珠相同，其滑行時的加速度相同，設加速度為a，

根據牛頓第二定律：-μmg=ma⑥

對于碰撞前甲算珠滑行的過程，根據速度位移公式

對于甲乙兩算珠碰撞的過程，根據動量守恒定律

mv+0=mv甲+mv乙⑧

對于碰撞后乙算珠滑行的過程，根據速度位移公式

聯立⑥⑦⑧⑨可得：碰撞后乙算珠滑行的距離s=0.02 m=s2，故乙算珠恰好滑到邊框a。

(2)碰撞后甲的速度小于乙算珠的速度，故甲算珠一定在乙算珠之前停在固定導桿上。設碰撞前后甲滑行的時間分別為t1、t2。

對于碰撞前后甲算珠的滑行過程，根據速度公式

v=v0+at1⑩

0=v甲+at2

本題的創新點在于以算盤為素材來命題，緊密聯系生活實際，創設新穎的生活實踐情境。研究的運動過程為一個算珠做勻減速直線運動，然后與另一個算珠發生碰撞，碰后各自做勻減速直線運動直到停止。求解思路可以分為三步：首先，分析出碰撞前甲做勻變速直線運動，并求解出碰撞前的速度；然后分析甲和乙的碰撞過程，用動量守恒定律求解出甲乙碰后各自的速度；最后分別分析甲乙的運動情況，求解乙運動的位移以及甲運動的總時間。試題情境其實是比較復雜的，不過經過命題者對于數據的精心設計，使得乙恰好沒有碰到邊框，考查到基本能力和素養的同時也降低了數學運算的難度。

1 試題評價

算盤被譽為“世界上最古老的計算機”，在我國的使用已有2 600多年，是我國古代勞動人民普遍使用的計算用具，并于2013年被聯合國教科文組織列入人類非物質文化遺產名錄。本題以算盤為載體，考查牛頓第二定律、動能定理、動量定理、動量守恒定律等必備知識和模型構建、邏輯推理、信息加工等關鍵能力，引導學生關注我國優秀傳統文化，提升學生的民族自豪感和文化自信，落實了立德樹人的根本任務，彰顯了高考的育人功能。

2 教學啟示

2.1 創設物理情境、落實核心素養

物理情境是連接核心價值和學科核心素養的橋梁(如圖3)。在新課教學中通過生產生活中的真實場景，引導學生觀察物理現象，發現物理問題，去粗取精，去偽存真，形成相應的物理觀念，感悟研究物理問題的思維方法。在習題課和復習課教學中，選擇情境化試題，讓學生通過試題中的生活實踐情境或學習情境建構相應的物理模型，運用必備知識和關鍵能力解決實際問題，全面綜合的檢測學生學科素養水平。但對試題的選取應注意梯度的設置，應以簡單情境為載體考查學生單一知識或技能的基礎性試題逐漸向以復雜情境為載體考查學生運用多種知識或技能的綜合性、應用性及創新性試題過渡，以保護學生學習的積極性。

圖3

2.2 滲透傳統文化、提升文化素養

高中物理課程應結合學生年齡特點和學科特征，落實習近平新時代中國特色社會主義思想，有機融入社會主義核心價值觀，中華優秀傳統文化、革命文化和社會主義先進文化教育內容。2021年2月5日教育部印發的《中華優秀傳統文化進中小學課程教材指南》中提出“3+2+N”全科覆蓋的學科安排方案，并對高中物理學科提出了具體要求。2021年高考物理廣東卷在情境設置方面很好的踐行了上述要求，不僅有傳統農耕文化的曲轅犁和直轅犁的力學問題比較，還有傳統節日文化端午賽龍舟的運動學問題分析，也有以與“四大發明”相媲美的算盤為載體的運動學問題的綜合考查。教學中在充分利用課本原有傳統文化素材的基礎上，搜集與教學主題相符的傳統文化素材服務于教學，發揮傳統文化的物理價值和育人價值，提升學生的文化素養。

2.3 通過一題多解、提高關鍵能力

一題多解是一種常見的教學手段，但一題多解并不是簡單的變形，而是對試題本身從不同角度的解讀，是創新思維和發散思維的具體表現。在習題課特別是高三復習課教學中，通過精選例題，引導學生根據自身學習實際對某一問題從不同角度尋找多種解決方案，幫助學生完善知識結構，提高模型建構、信息加工、邏輯推理、創新思維等關鍵能力。一題多解的練習，使不同層次的學生面對物理問題時可以結合自身實際選擇最適合自己的解題方法，也有利于學生樹立學習物理的自信心。

【作者的單位、姓名】廣東省廣州市執信中學 周攀

廣東省汕尾市海豐縣彭湃中學 李學智

2021年湖南省普通高中學業水平選擇性考試物理12題分析

【真題】某實驗小組需測定電池的電動勢和內阻，器材有：一節待測電池、一個單刀雙擲開關、一個定值電阻(阻值為R0)、一個電流表(內阻為RA)、一根均勻電阻絲(電阻絲總阻值大于R0，并配有可在電阻絲上移動的金屬夾)、導線若干。由于缺少刻度尺，無法測量電阻絲長度，但發現桌上有一個圓形時鐘表盤。某同學提出將電阻絲繞在該表盤上，利用圓心角來表示接入電路的電阻絲長度。主要實驗步驟如下：

(1)將器材如圖4連接：

圖4

(2)開關閉合前，金屬夾應夾在電阻絲的________端(填“a”或“b”)；

(3)改變金屬夾的位置，閉合開關，記錄每次接入電路的電阻絲對應的圓心角θ和電流表示數I，得到多組數據；

(4)整理數據并在坐標紙上描點繪圖，所得圖像如圖5所示，圖線斜率為k，與縱軸截距為d，設單位角度對應電阻絲的阻值為r0，該電池電動勢和內阻可表示為E=________，r=________(用R0、RA、k、d、r0表示)；

圖5

(5)為進一步確定結果，還需要測量單位角度對應電阻絲的阻值r0。利用現有器材設計實驗，在圖6方框中畫出實驗電路圖(電阻絲用滑動變阻器符號表示)；

圖6

(6)利用測出的r0，可得該電池的電動勢和內阻。

【解析】略

【試題評價】測定電源電動勢和內阻的實驗是高中物理的重要實驗，在高中試題中出現頻率較高，是高中試題的熱點之一。12題雖屬于常規題，但有創新之處，源于教材而不限于教材，不是教材的伏安法，而是安阻法，圓形時鐘表盤和一根均勻電阻絲組成了電阻箱，一個定值電阻起保護作用，實驗的基本原理不變，仍是閉合電路的歐姆定律。要求考生畫電路圖，用圖像法處理實驗數據，要根據題給電路利用物理規律列出方程，并且把方程變化為與圖像相符的函數關系式，最后求解問題，著重考查學生的基本技能和實驗探究能力，對學生遷移能力和創新能力要求較高。只有真正做實驗，真正做好試驗的學生在考試中才會得心應手，不做實驗，只做實驗考試題，絕對不能解決問題。注重實驗考查，有利于引導中學教學認真開展基礎性實驗，有利于培養學生扎實的實驗能力。

【變式】一課外小組的同學想要測量一個電源的電動勢及內阻。準備的器材有：電流表(0～200 mA，內阻為12 Ω)，電阻箱R(最大阻值為99.9 Ω)，一個開關和若干導線。

圖7

圖8

湖南省2021年物理考試試卷的命制，嚴格遵循新課標思想的考查方向，命題思路上體現了立德樹人、服務選拔、導向教學的立場，考查形式上，體現基礎性、綜合性、應用性、情境性和創新性。

【作者的單位、姓名】湖南省湘陰縣第一中學 楊宗禮

2021年普通高等學校招生全國統一考試(甲卷)第24題分析

物理學科關鍵能力作為核心素養的重要組成部分，也是高中物理教學踐行核心素養的重要方面，而物理學科關鍵能力是否達標則需要通過諸如“高考”等評價體系才能夠得到反饋和積極引導，本文將聚焦從物理學科關鍵能力深入分析2021年普通高等學校招生全國統一考試(甲卷)第24題，體會高考是怎樣考查學科關鍵能力、怎樣發展物理核心素養的，以期為一線教學給出幾點建議。

1.物理學科關鍵能力的內涵

在《普通高中物理課程標準(2017年版2020年修訂)》中，明確物理學科關鍵能力是物理核心素養的重要維度之一，《深化新時代教育評價改革總體方案》也要求2021年高考物理要充分依托《中國高考評價體系》，深化對學生關鍵能力的考查。而對于物理學科關鍵能力，北京師范大學物理學科教育研究團隊將其界定為學生順利進行物理學科的認識活動和問題解決活動所必需的、穩定的心理調節機制，同時也作為回答“考什么”的“四層”之一，物理學科關鍵能力要求學生以學習理解能力、應用實踐能力、遷移創新能力等三個方面為重點，提升自身素質，為將來適應社會生活、高等教育和職業發展作準備。綜上，物理學科能力是學生的物理觀念、科學思維、探究能力和創新精神的統一體，是一種綜合性能力。

圖9

2.試題探討

2.1 真題再現及解答

【真題】如圖10，一傾角為θ的光滑斜面上有50個減速帶(圖中未完全畫出)，相鄰減速帶間的距離均為d，減速帶的寬度遠小于d；一質量為m的無動力小車(可視為質點)從距第一個減速帶L處由靜止釋放。已知小車通過減速帶損失的機械能與到達減速帶時的速度有關。觀察發現，小車通過第30個減速帶后，在相鄰減速帶間的平均速度均相同。小車通過第50個減速帶后立刻進入與斜面光滑連接的水平地面，繼續滑行距離s后停下。已知小車與地面間的動摩擦因數為μ，重力加速度大小為g。

圖10

(1)求小車通過第30個減速帶后，經過每一個減速帶時損失的機械能；

(2)求小車通過前30個減速帶的過程中在每一個減速帶上平均損失的機械能；

(3)若小車在前30個減速帶上平均每一個損失的機械能大于之后每一個減速帶上損失的機械能，則L應滿足什么條件？

【解析】(1)由題意可知，小車通過第30個減速帶后，每次經過減速帶后的速度都相同，所以損失的機械能等于從上一個減速帶到當前減速帶過程中減少的重力勢能。即：

ΔE1=mgdsinθ

2.2 試題所體現的學科關鍵能力探討

第24題屬創新類斜面問題，被考生戲稱為“網紅題目”，是典型的“老師好做，學生不好做”型試題，其目的在于考查學生關鍵能力是否達標，也同時檢驗學生能否對知識進行正向遷移，這道題能對高三畢業生形成較好的區分，是一道深挖經典模型，結合生活實際，考查素養和能力相結合的綜合性好題，兼顧基礎性和綜合性！

2.2.1 學習理解能力

學習理解能力包括觀察記憶、概括論證、關聯整合3個能力維度，3個維度由低級到高級逐步遞進。第24題是選自生活中最為常見的“汽車過減速帶問題”，此類未經模型化的生活實際也可稱為“原始物理問題”，本題旨在讓學生提取和辨識實際情境中的物理問題，具體來看——學生怎么樣才能把“汽車過減速帶問題”過渡到“斜面模型化問題”并充分挖掘潛在條件，最后通過動力學中的功能關系、能量守恒定律等核心物理概念和規律解決問題。通過考生反饋，大都認為這一題目是“讀題5分鐘，做題60秒”，也就意味著對題目信息的提取和辨識十分關鍵，由此可以看出本題更加關注學生的學習理解能力中概括論證、關聯整合這 2個維度的發展狀況，這無疑是打破了以往高考題“側重觀察記憶能力要素”的常態，這樣的細微變化能夠充分檢驗學生的學習理解能力并突出物理學科的基礎性，既注重對核心物理概念和規律的考查，也注重對試題考查的生活化。

2.2.2 應用實踐能力

應用實踐能力同樣對應3個能力維度——分析解釋、推論預測、綜合應用。歷來高考物理題目都注重對應用實踐能力這一方面的考查，也就對學生的綜合應用能力有著較高要求，不再是單一概念或規律的題型，該試題是對運動學相關知識、機械能、功、動能定理等核心物理概念和規律的綜合考查，要求學生從復雜的生活化問題當中“抽絲剝繭”，這一過程要求學生有著較強的分析綜合能力和模型建構能力，例如怎么分析原題目中“小車通過第30個減速帶后，在相鄰減速帶間的平均速度均相同”，并由此挖掘出“所損失的機械能等于從上一個減速帶到當前減速帶過程中減少的重力勢能”，最后用已經學習的知識對物理問題進行解決。該題很好地保留了對“應用實踐能力”的考查，有利于檢驗學生是否真正掌握這一方面的能力。

2.2.3 遷移創新能力

遷移創新能力可以分為直覺聯想、遷移與質疑、建構新模型這3個能力維度。而核心素養目標的突出特征是對創新性的重視，創新性試題要求學生在“前所未有”的情境中仍然能夠利用已有知識或在已有知識基礎上建構新知識，并在此基礎上思考并解決問題。例如本題所用機械能、功、動能定理等都是最基礎最常用的，會給人“如此簡單”的錯覺，但審題稍不注意就會出現模型建構錯誤，從而產生似是而非的挫敗感，最終導致解題失敗。本題對于直覺聯想、遷移與質疑、建構新模型這3個能力維度都有所涉及，例如：能夠通過斜面模型“聯想”到即將采用“功能關系、能量、動能定理”等知識，且在面對“再熟悉不過”的斜面模型時，學生應該迅速弄清當前斜面模型與平時練習的斜面模型間的區別與聯系，保證知識的正向遷移，建立一個準確的新“斜面”模型。由此可見，通過該題可以很好檢測學生“遷移創新能力”是否達標。這一問題的解決過程，不但考查了學生對物理知識的掌握程度，更考查其創造性地應用“模型建構”的能力。

3.對一線教學的幾點建議

通過分析可以看出高考物理試題較好地體現了高考命題的基礎性、應用性和綜合性。而作為教學的反饋和評價方式，高考命題的走向以及考查方式對高中物理教學有引領和導向作用，直接影響著高中物理教學。高考作為國家選拔人才的重要手段，教育教學作為培養人才的主陣地，我們希望二者的配合相得益彰。通過對該題考查的物理學科關鍵能力分析，可得出這樣的結論——高考更加側重的是對信息搜索整理能力、生活化問題建構能力、基礎知識應用能力、演繹推理能力的考查。鑒于此，對一線教學給出以下幾點建議。

3.1 強化基礎性知識與規律的學習

教學遵循教育規律，回歸課程標準和教材，注重概念和規律的形成過程，應更加關注物理概念和規律的“過去”與“未來”，對物理概念和規律的教學，一定要創設科學的、生活化的情境，學生得知道規律和概念的來龍去脈，明確其內涵與外延。

3.2 聯系生產生活，體現物理在日常生活中的作用

摒棄“題海”戰術，創設與生產生活、科技前沿等方面緊密聯系的真實情境，注重從實際情境中獲取信息，提煉物理模型，使學生反復經歷解決真實問題的過程，加強學生靈活運用所學物理知識分析解決問題的能力。

3.3 加強對信息獲取與整理能力的培養