注重“四性”考查　讓科學素養落地

石有山

2023年高考全國課標卷物理試題的命題思想從“解題”轉向“解決問題”，依據課程標準，貼近高中物理學習實際，符合高中課程改革的目標要求和高中物理學科核心素養的培養要求，試題注重深化基礎，豐富問題情境，增強探究性，突出思維考查，旨在激發學生崇尚科學、探索未知的興趣。

一、2023年高考全國課標卷物理試題注重“四性”考查

2023年高考全國課標卷物理試題全面體現了對基礎性、綜合性、應用性、創新性的考查，旨在引導學生在高中物理的學習過程中夯實知識基礎，發展學科核心素養。

1.深化基礎性，堅持正確的育人方向。

例1 （第15題）無風時，雨滴受空氣阻力的作用在地面附近會以恒定的速率豎直下落。一質量為m 的雨滴在地面附近以速率v 下落高度h 的過程中，克服空氣阻力做的功為（重力加速度大小為g）（ ）。

A.0 B.mgh

C.1/2mv2-mgh D.1/2mv2+mgh

解析：雨滴在地面附近做勻速運動，根據動能定理得mgh-W 阻=0，故雨滴克服空氣阻力做的功W 阻=mgh。

答案：B

點評：本題考查雨滴在空氣中勻速下落時所受阻力做的功的求解方法。本模型見于教材必修第一冊第四章復習與提高A 組第8題。應對策略：注重課后習題的變式，把握考題的題源。

2.加強綜合性，更加注重人才的選拔。

例2 （第20題）一質量為1 kg的物體在水平拉力的作用下，由靜止開始在水平地面上沿x 軸運動，出發點為x 軸零點，拉力做的功W 與物體坐標x 的關系如圖1 所示。物體與水平地面間的動摩擦因數為0.4，取重力加速度大小g =10 m/s2。下列說法中正確的是（ ）。

A.在x=1 m 時，拉力的功率為6 W

B.在x=4 m 時，物體的動能為2 J

C.從x=0運動到x=2 m，物體克服摩擦力做的功為8 J

D.從x=0運動到x=4 m 的過程中，物體的動量最大為2 kg·m/s

解析：拉力在水平方向上，拉力做的功W =Fx，因此W-x 圖像的斜率表示拉力F。在物體運動的過程中，根據動能定理得W -μmgx=1/2mv2，在x =1 m 時，拉力做的功W1=6 J，物體的速度v1 =2 m/s，拉力F1 =ΔW/Δx =6 N，因此拉力的功率P=Fv1=12 W，在x=4 m時，拉力做的功W4=18 J，物體的動能Ek=2 J，選項A錯誤，B正確。從x=0運動到x=2 m，物體克服摩擦力做的功W 摩=μmgx=8 J，選項C正確。根據W-x 圖像可知，從x=0運動到x=2 m 的過程中F1=6 N，從x=2 m 運動到x=4 m 的過程中F2=3 N，因為物體受到的摩擦力恒為f=4 N，所以物體在x=2 m 處的速度最大，且此時物體的速度v2=2 2 m/s，物體的最大動量pmax=mv2=2 2 kg·m/s，選項D錯誤。

答案：BC

點評：本題借助W-x 圖像考查利用力的觀點和能的觀點、動量的觀點解決物理問題，抓住拉力做的功W 與物體坐標x 的關系圖像的斜率表示拉力是解決問題的關鍵。應對策略：重視力學知識系統的構建，反復滲透解決力學問題的三個觀點。

3.突出應用性，發展學生問題解決能力。

例3 （第24題）將扁平的石子向水面快速拋出，石子可能會在水面上一跳一跳地飛向遠方，俗稱“打水漂”。要使石子從水面跳起產生“水漂”效果，石子接觸水面時的速度方向與水面間的夾角不能大于θ。為了觀察到“水漂”，一同學將一石子從距水面高度為h 處水平拋出，拋出速度的最小值為多少？（不計石子在空中飛行時受到的空氣阻力，重力加速度大小為g）

點評：本題以“打水漂”運動為背景考查平拋運動規律，試題聯系生產生活實際的真實情境，體現了“無情境不命題”的思想。應對策略：把實際問題去情境化，“將扁平的石子向水面快速拋出，石子接觸水面時的速度方向與水面間的夾角不能大于θ”可以轉化為已知平拋的高度，利用速度偏向角求初速度的問題。

4.展現創新性，發展學生實驗探究能力。

例4 （第22題）在“觀察電容器的充、放電現象”實驗中，所用器材如下：電池、電容器、電阻箱、定值電阻、小燈泡、多用電表、電流表、秒表、單刀雙擲開關，以及導線若干。

（1）用多用電表的電壓擋檢測電池的電壓。檢測時，紅表筆應該與電池的_____（填“正極”或“負極”）接觸。

（2）某同學設計的實驗電路如圖2甲所示。先將電阻箱的阻值調為R1，將單刀雙擲開關S與“1”端相接，記錄電流隨時間的變化。電容器充電完成后，再將開關S與“2”端相接，相接后小燈泡的亮度變化情況可能是_____。

A.迅速變亮，然后亮度趨于穩定

B.亮度逐漸增大，然后趨于穩定

C.迅速變亮，然后亮度逐漸減小至熄滅

（3）將電阻箱的阻值調為R2（R2>R1），再次將開關S與“1”端相接，記錄電流隨時間的變化情況。兩次得到的電流I 隨時間t 的變化如圖2乙中曲線所示，其中實線是電阻箱阻值為_____（填“R1”或“R2”）時的結果，曲線與坐標軸所圍面積等于該次充電完成后電容器上的_____（填“電壓”或“電荷量”）。

解析：（1）用多用電表的電壓擋檢測電池的電壓時，電流從紅表筆流入，從黑表筆流出，因此紅表筆應該與電池的正極接觸。

（2）電容器充電完成后，開始時兩極板儲存的電荷量較多，電勢差較大，將開關S 與“2”端相接，回路中立即形成電流，小燈泡迅速變亮，隨著時間的積累，兩極板儲存的電荷量變少，電勢差變小，流過小燈泡的電流減小，直至兩極板儲存的電荷量為零，無電流流過小燈泡，即小燈泡熄滅。

（3）開始充電時兩極板不帶電，兩極板間的電勢差為零，設電池內阻為r，則開始充電時有E=I（R +r），開始充電時實線表示的電流較小，故電路中的電阻較大，因此電阻箱接入電路的阻值為R2;根據充電過程中電流隨時間的變化圖線的物理意義可知，曲線與坐標軸所圍面積等于該次充電完成后電容器儲存的電荷量。

答案：（1）正極 （2）C （3）R2 電荷量

點評：本題考查了多用電表的電流流向，電容器的充、放電問題。實驗是培養學生創新能力，提升物理學科核心素養的重要途徑。2023年高考全國課標卷的兩道實驗題以兩個新教材中增加的實驗為背景，考查考生對實驗原理的理解、實驗儀器的選擇、基本儀器的使用、實驗數據的處理，以及實驗設計等。應對策略：注重新舊教材的變化，注重實驗原理的學習，注重對不變裝置變目的、不變目的變裝置的深層次思考。

二、以四個備考依據為藍本進行2024年復習備考

1.最基本的備考依據：物理課本。課本是綱，課本中的每一個知識點都不能放過。

如2023年高考全國課標卷第16題考查的知識點，在課本選擇性必修第三冊第四章第一節中就有詳細的介紹。同學們在復習備考時，既要注重主干知識的理解，也不能放過課本上出現的每一個細小知識點。

例5 （第16題）銫原子基態的兩個超精細能級之間躍遷發射的光子具有穩定的頻率，銫原子鐘利用的兩能級的能量差量級為10-5 eV，躍遷發射的光子的頻率量級為（普朗克常量h=6.63×10-34 J·s，元電荷e=1.60×10-19 C）（ ）。

A.103 Hz B.106 Hz

C.109 Hz D.1012 Hz

解析：銫原子鐘利用的兩能級的能量差量級對應的能量ε=10-5 eV=10-5×1.60×10-19 J=1.60×10-24 J，根據光子能量的表達式ε=hν 可得，躍遷發射的光子的頻率ν=εh =1.60×10-24/6.63×10-34Hz=2.41×109 Hz，則躍遷發射的光子的頻率量級為109 Hz。

答案：C

2.最高備考依據：中國高考評價體系。

2023年高考全國課標卷依據《中國高考評價體系》的總要求，充分發揮高考試題的育人功能和積極導向作用，落實了“立德樹人、服務選才、引導教學”的核心功能。試題命制突出了對必備知識和關鍵能力的考查，注重體現物理學科特色，注重問題情境設置，注重思維方法和學科素養的滲透。同學們在復習備考時，不僅要知其然，而且要知其所以然。

例6 （第21題）如圖3所示，一封閉著理想氣體的絕熱汽缸置于水平地面上，用輕彈簧連接的兩絕熱活塞將汽缸分為f、g、h 三部分，活塞與汽缸壁間沒有摩擦。初始時彈簧處于原長，三部分中氣體的溫度、體積、壓強均相等。現通過電阻絲對f 中的氣體緩慢加熱，停止加熱并達到穩定后（ ）。

A.h 中的氣體內能增加

B.f 與g 中的氣體溫度相等

C.f 與h 中的氣體溫度相等

D.f 與h 中的氣體壓強相等

解析：當電阻絲對f 中的氣體緩慢加熱時，f 中的氣體內能增大，溫度升高，根據理想氣體狀態方程可知，f 中的氣體壓強增大，會緩慢推動左邊活塞，則h 中的氣體體積也被壓縮，h 中的氣體壓強變大。彈簧被壓縮，彈簧對右邊活塞有彈力作用，緩慢向右推動右邊活塞，故活塞對h 中的氣體做正功，且是絕熱過程。根據熱力學第一定律可知，h 中的氣體內能增加，選項A 正確。未加熱前，三部分中氣體的溫度、體積、壓強均相等，當系統穩定時，活塞受力平衡，彈簧處于壓縮狀態，對左邊活塞進行受力分析得pfS=F彈+pgS，則pf >pg ，分別對f、g 中的氣體應用理想氣體狀態方程得p0V0/T0 =pfVf/Tf ，p0V0/T0 =pgVg/Tg ，又因彈簧被壓縮，故Vf >Vg ，可得Tf>Tg ，選項B錯誤。穩定時彈簧保持平衡狀態，選彈簧、兩活塞及g 中的氣體組成的系統為研究對象，根據平衡條件可知，f 與h 中的氣體壓強相等，選項D 正確。在達到穩定的過程中，h 中的氣體體積變小，壓強變大，f中的氣體體積變大。對h 中的氣體應用理想氣體狀態方程得p0V0/T0 =phVh/Th ，又有pf =ph ，Vf >Vh ，可得Tf >Th ，選項C錯誤。

答案：AD

點評：本題涉及三部分氣體的關聯，要在分析每一部分氣體狀態參量變化的前提下，考慮三部分氣體的關聯性。合理應用整體法和隔離法，找到三部分氣體壓強的關系是解決問題的突破口。

3.最重要的依據：普通高中物理課程標準。從2020年起，現有高考體系的考試大綱和說明不再修訂，參考2019年版考試大綱和說明。從2023年的高考試題來看，考試的范圍在擴大，課程標準要求的知識點都是同學們復習備考的范圍。

例7 （第23題）一學生小組做“用單擺測量重力加速度的大小”實驗。

（1）用實驗室提供的螺旋測微器測量擺球直徑。首先，調節螺旋測微器，擰動微調旋鈕使測微螺桿和測砧相觸時，發現固定刻度的橫線與可動刻度上的零刻度線未對齊，如圖4甲所示，該示數為_____mm;螺旋測微器在夾有擺球時的示數如圖4乙所示，該示數為_____mm，則擺球的直徑為_____mm。

（2）單擺實驗的裝置示意圖如圖5 所示，其中角度盤需要固定在桿上的確定點O 處，擺線在角度盤上所指的示數為擺角的大小。若將角度盤固定在O 點上方，則擺線在角度盤上所指的示數為5°時，實際擺角_____5°（填“大于”或“小于”）。

（3）某次實驗所用單擺的擺線長度為81.50 cm，則擺長為_____cm。實驗中觀測到從擺球第1次經過最低點到第61次經過最低點的時間間隔為54.60 s，則此單擺的周期為_____s，該小組測得的重力加速度大小為_____m/s2。（結果均保留3 位有效數字，π2取9.870）

解析：（1）讀數x1 =0.005 mm，讀數x2=20.035 mm，擺球的直徑x=x2-x1=20.030 mm。

（2）若將角度盤固定在O 點上方，則擺線和刻度盤的交點靠向內側，實際擺角將大于5°。

（3）擺長L =l + x/2=81.50 cm +1.001 5 cm=82.5 cm。擺球第1次至第61次經過最低點為30 次全振動，單擺的周期T=54.60/30s=1.82 s，根據T =2π根號下（L/g）得g=4π2L/T2 ，解得g=9.83 m/s2。

答案：（1）0.005 20.035 20.030 （2）大于 （3）82.5 1.82 9.83

點評：本實驗在舊教材中是選修實驗，并不是重點，但是在新教材中是選擇性必修第一冊中的第二個必做實驗。

4.最直接的依據：近幾年課改省份的高考試題。從近幾年高考試題來看，考試內容和試卷結構保持穩定，對主干知識的考查方式基本保持不變。同學們要把近幾年課改省份的高考試題，分類整理，熟練掌握試題涉及的物理模型，并對其進行拓展和延伸，使得復習備考有的放矢。

例8 （第25題）密立根油滴實驗的示意圖如圖6所示。兩水平金屬平板上下放置，間距固定，可從上板中央的小孔向兩板間噴入大小不同、帶電荷量不同、密度相同的小油滴。兩板間不加電壓時，油滴a、b 在重力和空氣阻力的作用下豎直向下勻速運動，速率分別為v0、v0/4;兩板間加上電壓后（上板為正極），這兩個油滴很快達到相同的速率v0/2，均豎直向下做勻速運動。油滴可視為球形，所受空氣阻力大小與油滴半徑、運動速率成正比，比例系數視為常數。不計空氣浮力和油滴間的相互作用。

（1）求油滴a 和b 的質量之比。

（2）判斷油滴a 和b 所帶電荷的正負，并求油滴a 和b 所帶電荷量的絕對值之比。

解析：（1）設油滴的半徑為r，密度為ρ，