孫鵬偉

(西安交大二附中　陜西 西安　710061)

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2015年高考全國課標(biāo)卷Ⅰ物理試題評(píng)析

孫鵬偉

(西安交大二附中陜西 西安710061)

摘 要：2015年高考全國課標(biāo)卷Ⅰ物理試題與2014年相比較，考查內(nèi)容在立足主干內(nèi)容上有較大變化，在回歸教材、回歸基礎(chǔ)知識(shí)和突出能力方面呈現(xiàn)“3個(gè)特點(diǎn)”，高質(zhì)量的舊題翻新、高水平常規(guī)題改編“獨(dú)具匠心”.

關(guān)鍵詞：變化特點(diǎn)能力考查

“年年有高考，歲歲題不同”.2015年高考全國課標(biāo)卷Ⅰ物理試題以立足主干知識(shí)的考查繼續(xù)保持穩(wěn)中有變，回歸教材、回歸基礎(chǔ)知識(shí)的綜合應(yīng)用及突出考綱中的“5大能力”繼續(xù)作為命題專家的守望，高質(zhì)量舊題翻新、高水平常規(guī)題的改編繼續(xù)是試題體現(xiàn)創(chuàng)新的“新常態(tài)”.

1試題出現(xiàn)的“3大變化”

試題內(nèi)容的順序及重點(diǎn)考查主干知識(shí)出現(xiàn)的“3大變化”.

1.1物理學(xué)史試題順序上的變化

考查物理學(xué)史或以物理學(xué)史為背景考查物理學(xué)思想和方法的試題沒有在第14題出現(xiàn)，而出現(xiàn)在第19題且為多選題.

1.2力學(xué)實(shí)驗(yàn)題考查背景的變化

一改多年以考查《考綱》中實(shí)驗(yàn)為背景的設(shè)計(jì)性探究實(shí)驗(yàn)的慣例，而是以考查圓周運(yùn)動(dòng)中運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系為背景的設(shè)計(jì)性探究實(shí)驗(yàn).

1.3考查主干知識(shí)的側(cè)重點(diǎn)發(fā)生較大變化

首先，兩道必做的計(jì)算題一改自新課標(biāo)卷Ⅰ出爐以來相對比較固定的考查內(nèi)容，第24題由考查物體運(yùn)動(dòng)問題改為考查力電結(jié)合的力學(xué)平衡問題，第25題由考查帶電粒子在電磁場中運(yùn)動(dòng)或力電結(jié)合問題改為以木板帶動(dòng)滑塊模型為背景的運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系問題.其次，3個(gè)選做題的第(1)題所考查的知識(shí)點(diǎn)均和往年全國新課標(biāo)卷Ⅰ不同，3-3的第(1)問考查了晶體的性質(zhì)，3-4的第(1)問考查了雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，3-5的第(1)問考查了光電效應(yīng)(2012年雖考過但考查的角度不同).

2考查呈現(xiàn)“3個(gè)特點(diǎn)”

基礎(chǔ)知識(shí)、基本能力及主干核心知識(shí)綜合應(yīng)用能力的考查呈現(xiàn)“3個(gè)特點(diǎn)”.

2.1直接源于教材中練習(xí)題的改編試題

這部分所占分值24分,其中包括選擇題第19題源自選修3-2第28頁第1題；計(jì)算題第24題源于人教版選修3-1第94頁第3題；選做第35題中第(1)題源自人教版選修3-5第35頁例題.

2.2考查教材基礎(chǔ)知識(shí)或基本分析能力試題

這部分所占分值24分,其中包括選擇題第14，15，16題和選做題第33，34，35題中的第(1)題均以考查教材基礎(chǔ)知識(shí)為主，從知識(shí)層面上均以記憶為主，考生只需要根據(jù)基本概念綜合判斷或根據(jù)基本公式、推導(dǎo)的結(jié)論等直接代入分析求解即可得到正確答案，例如第16題.

【例1】(第16題)一理想變壓器的原、副線圈的匝數(shù)比為3∶1，在原、副線圈的回路中分別接有阻值相同的電阻，原線圈一側(cè)接在電壓為220 V的正弦交流電源上，如圖1所示.設(shè)副線圈回路中電阻兩端的電壓為U，原、副線圈回路中電阻消耗功率的比值為k，則

可得

圖1

(2)根據(jù)P=I2R可得

分析能力：(1)由電路圖可得

U1≠220 V220 V=I1R+U1

(2)聯(lián)立推導(dǎo)上式

220 V-I1R=3U2=3I2R=9I1R

I1R=22 V

U=U2=I2R=3I1R=66 V

2.3“一題多解”凸顯主干核心知識(shí)綜合應(yīng)用能力

計(jì)算題第25題一改自新課標(biāo)卷出爐以來一直以帶電粒子在電磁場中運(yùn)動(dòng)或力電結(jié)合模型的舊面孔，以最經(jīng)典、最常見的木板帶動(dòng)滑塊模型為背景，綜合考查牛頓運(yùn)動(dòng)定律、勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律、速度時(shí)間圖像等力學(xué)核心內(nèi)容，突出考查推理能力、分析綜合能力以及應(yīng)用數(shù)學(xué)處理物理問題能力，凸顯物理重在對物理狀態(tài)、物理過程和物理情境分析的特征.尤其在動(dòng)量定理內(nèi)容作為選修部分后，新課標(biāo)卷的第25題一直在有意避開能夠應(yīng)用動(dòng)量定理解決問題之嫌的背景下，試題過程的設(shè)置為考生提供了應(yīng)用動(dòng)量定理解決問題的思考空間，這一設(shè)置不僅為學(xué)生提供了較多的思考空間和解決問題的方法，更為學(xué)生靈活應(yīng)用物理核心內(nèi)容解決實(shí)際問題提供了一個(gè)廣闊的思維空間.可以說既凸顯了物理的基礎(chǔ)主干內(nèi)容，又突出了物理教學(xué)所要求的核心能力.

【例2】(第25題)一長木板置于粗糙水平地面上，木板左端放置一小物塊；在木板右方有一墻壁，木板右端與墻壁的距離為4.5 m，如圖2(a)所示.t=0時(shí)刻開始，小物塊與木板一起以共同速度向右運(yùn)動(dòng)，直至t=1 s時(shí)木板與墻壁碰撞(碰撞時(shí)間極短).碰撞前后木板速度大小不變，方向相反；運(yùn)動(dòng)過程中小物塊始終未離開木板.已知碰撞后1 s時(shí)間內(nèi)小物塊的v-t圖線如圖2(b)所示.木板的質(zhì)量是小物塊質(zhì)量的15倍，重力加速度大小g取10 m/s2．求：

(1)木板與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ1及小物塊與木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ2；

(2)木板的最小長度；

(3)木板右端離墻壁的最終距離.

圖2

方法1：運(yùn)動(dòng)學(xué)和牛頓運(yùn)動(dòng)定律相結(jié)合

(1)小物塊和木板一起向右做勻減速運(yùn)動(dòng)過程

v1=v0+a1t1

-μ1(m+M)g=(m+M)a1

將v1=4 m/s，t1=1 s，s0=4.5 m代入計(jì)算得

a1=-1 m/s2v0=5 m/s

μ1=0.1

在木板與墻壁碰撞后小物塊運(yùn)動(dòng)過程

-μ2mg=ma2

可得

μ2=0.4

(2)設(shè)碰撞后木板的加速度為a3，再經(jīng)過時(shí)間Δt，木板和小物塊剛好具有共同速度v3．以向左為正方向，則v1=-4 m/s，a2=4 m/s2，如圖3所示.

圖3

由牛頓第二定律及運(yùn)動(dòng)學(xué)公式得

-μ2mg-μ1(m+M)g=Ma3

v3=-v1+a3Δt=v1+a2Δt

代入數(shù)據(jù)計(jì)算可得

Δt=1.5 s

碰撞后至木板和小物塊剛好達(dá)到共同速度的過程中，小物塊運(yùn)動(dòng)位移為

木板運(yùn)動(dòng)的位移為

木板的最小長度為

Δs=s3-s2=6.0 m

(3)在小物塊和木板具有共同速度v3=2 m/s后，兩者向左做勻變速運(yùn)動(dòng)直至停止，設(shè)加速度為a4，運(yùn)動(dòng)的位移s4．由牛頓第二定律及運(yùn)動(dòng)學(xué)公式有

-μ1(m+M)g=(m+M)a4

解得

a4=-1 m/s2

木板右端離墻壁的最終距離為

s=s3+s4=6.5 m

方法2:速度-時(shí)間圖像與牛頓運(yùn)動(dòng)定律相結(jié)合

(1)由題圖2(b)中所給的速度-時(shí)間圖像可知，小物塊運(yùn)動(dòng)的加速度為

a2=-4 m/s2

由牛頓第二定律有

-μ2mg=ma2

μ2=0.4

圖4

建立小物塊和木板一起向右做勻減速運(yùn)動(dòng)的速度-時(shí)間圖像如圖4所示.

由圖像物理意義可知

由牛頓第二定律有

-μ1(m+M)g=(m+M)a1

μ1=0.1

(2)由方法1結(jié)果可知

建立小物塊的速度-時(shí)間圖像及木板速度-時(shí)間圖像，如圖5所示.

圖5

由圖像的物理意義可知：小物塊運(yùn)動(dòng)的位移為

木板運(yùn)動(dòng)的位移為

小物塊和木板有共同速度v3，直至停止運(yùn)動(dòng)的位移為

木板的最小長度為

Δs=s3-s2=6.0 m

木板右端離墻壁的最終距離為

s=s3+s4=6.5 m

方法3:牛頓運(yùn)動(dòng)定律與運(yùn)動(dòng)的相對性相結(jié)合

以木板為參照物，小物塊相對木板的初速度v0=8 m/s，末速度vt=0，由方法1結(jié)果可知，運(yùn)動(dòng)時(shí)間t=1.5 s，相對加速度為

則小物塊相對木板運(yùn)動(dòng)的距離

或

方法4:動(dòng)量定理與動(dòng)能定理相結(jié)合

(1)木板和小物塊一起向右運(yùn)動(dòng)過程，由動(dòng)量定理與動(dòng)能定理有

-μ1(M+m)gt0=(M+m)v1-(M+m)v0

碰撞后小物塊繼續(xù)向右運(yùn)動(dòng)過程，由動(dòng)量定理與動(dòng)能定理有

代入數(shù)值并聯(lián)立求解可得

v0=5 m/sμ1=0.1μ2=0.4

(2)從碰撞后開始到小物塊與木板具有相同速度v3的運(yùn)動(dòng)過程，如圖6所示.

圖6

由動(dòng)量定理與動(dòng)能定理得

-μ2mgt=-mv3-mv1

-μ2mgt-μ1(M+m)gt=Mv3-Mv1

聯(lián)立求解可得

s2=1.5 ms3=4.5 mv3=2 m/st=1.5 s

木板的最小長度

Δs=s2+s3=6 m

(3)木板與小物塊一起以相同速度v2=2 m/s運(yùn)動(dòng)到速度為零時(shí)，根據(jù)動(dòng)能定理得

s4=2 m

木板右端離墻壁的最終距離

s=s3+s4=6.5 m

方法5:能量守恒定律與動(dòng)量定理相結(jié)合

(1)木板與墻壁碰撞前，由能量守恒定律與動(dòng)量定理有

-μ1(m+M)gt0=(m+M)v1-(m+M)v0

將v1=4 m/s，t0=1 s，s0=4.5 m代入解得

v0=5 m/sμ1=0.1

小物塊以v1=4 m/s初速度運(yùn)動(dòng)至速度為零過程，由圖可知運(yùn)動(dòng)時(shí)間t1=1 s，路程s1=2 m，由能量守恒定律或動(dòng)量定理均可解得

-μ2mgt1=-mv1μ2=0.4

(2)從碰撞后到小物塊與木板有相同向左速度v3過程，設(shè)小物塊相對地面位移為s2，木板相對地面的路程為s3，運(yùn)動(dòng)時(shí)間為t，由能量守恒定律與動(dòng)量定理有

μ2mg(s3+s2)+μ1(m+M)gs3

-μ2mgt-μ1(m+M)gt=Mv3-Mv1

-μ2mgt=-mv3-mv1

代入數(shù)據(jù)解得

v2=2 m/st=1.5 s

s2=1.5 ms3=4.5 m

木板最短長度為

Δs=s2+s3=6 m

(3)設(shè)木板向左運(yùn)動(dòng)的最大距離為s，由能量守恒定律

木板向左運(yùn)動(dòng)的最大距離s=6.5 m.

3試題情境不陌生 能力考查“獨(dú)具匠心”

試題規(guī)避“偏、難、怪”是命題專家的基準(zhǔn)，試題“指揮棒”的導(dǎo)向作用是命題專家的守望，“創(chuàng)新”是命題專家的“新常態(tài)”，考查“5大能力”是命題專家的主旋律.高質(zhì)量舊題翻新，使考生沒有陌生感，既規(guī)避“偏、難、怪” 又完成了守望.高水平常規(guī)試題通過專家“獨(dú)具匠心”的改編，既體現(xiàn)了“創(chuàng)新”又考查了“5大能力”.試題的第17至21題、第25題及選做第34及35題的第(2)題均為舊題翻新或常規(guī)試題改編，所占分值高達(dá)60分.

3.1高質(zhì)量的舊題翻新

【例3】(第18題)一帶有乒乓球發(fā)射機(jī)的乒乓球臺(tái)如圖7所示.水平臺(tái)面的長和寬分別為L1和L2，中間球網(wǎng)高度為h.發(fā)射機(jī)安裝于臺(tái)面左側(cè)邊緣的中點(diǎn)，能以不同速率向右側(cè)不同方向水平發(fā)射乒乓球，發(fā)射點(diǎn)距臺(tái)面高度為3h．不計(jì)空氣的作用，重力加速度大小為g．若乒乓球的發(fā)射速率v在某范圍內(nèi)，通過選擇合適的方向，就能使乒乓球落到球網(wǎng)右側(cè)臺(tái)面上，則v的最大取值范圍是

圖7

試題背景曾先后在高考試題中多次出現(xiàn)，但“獨(dú)具匠心”的翻新表現(xiàn)在：

第一，以選擇題形式出現(xiàn)，既降低了試題的難度又有效地考查了學(xué)生解答物理推導(dǎo)型選擇題的一般思維方法，首先從量綱法可以直接得到選項(xiàng)B，C因?yàn)閱挝诲e(cuò)誤而被排除；

第二，當(dāng)高度一定時(shí)，平拋?zhàn)畲笏骄嚯x決定水平初速度的最大值，水平最大距離由圖7可得

顯然正確選項(xiàng)只能為D選項(xiàng).

3.2高水平常規(guī)題改編

圖8

【例4】(第19題)1824年，法國科學(xué)家阿拉果完成了著名的“圓盤實(shí)驗(yàn)”.實(shí)驗(yàn)中將一銅圓盤水平放置，在其中心正上方用柔軟細(xì)線懸掛一枚可以自由旋轉(zhuǎn)的磁針，如圖8所示.實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)圓盤在磁針的磁場中繞過圓盤中心的豎直軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，磁針也隨著一起轉(zhuǎn)動(dòng)起來，但略有滯后.下列說法正確的是

A．圓盤上產(chǎn)生了感應(yīng)電動(dòng)勢

B．圓盤內(nèi)的渦電流產(chǎn)生的磁場導(dǎo)致磁針轉(zhuǎn)動(dòng)

C．在圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中，磁針的磁場穿過整個(gè)圓盤的磁通量發(fā)生了變化

D．圓盤中的自由電子隨圓盤一起運(yùn)動(dòng)形成電流，此電流產(chǎn)生的磁場導(dǎo)致磁針轉(zhuǎn)動(dòng)

(1)從電磁感應(yīng)角度分析可知：磁體和導(dǎo)體之間的相對運(yùn)動(dòng)在導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生出了感應(yīng)電流，且為沿圓盤徑向的渦流；感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁力又會(huì)與磁體的磁力相互作用，從而使磁體一起轉(zhuǎn)動(dòng)起來，而磁針的磁場由于對稱性穿過整個(gè)圓盤的磁通量為零.即正確為A,B選項(xiàng).

(2)從電磁感應(yīng)現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)的物理學(xué)史角度，1824年，阿拉果完成了著名的“圓盤實(shí)驗(yàn)”后，許多物理學(xué)家都分別從不同角度解釋阿拉果“圓盤實(shí)驗(yàn)”現(xiàn)象，但都沒有圓滿的解釋.1825年法拉第開始設(shè)計(jì)了許多模擬阿拉果“圓盤實(shí)驗(yàn)”的實(shí)驗(yàn)，試圖從電磁感應(yīng)角度解釋并建立電磁感應(yīng)定律，1831年10月28日，法拉第設(shè)計(jì)的模擬阿拉果“圓盤實(shí)驗(yàn)”形成了電流，終于誕生了歷史上第一臺(tái)直流發(fā)電機(jī).可以說阿拉果“圓盤實(shí)驗(yàn)”促進(jìn)了法拉第對電磁感應(yīng)現(xiàn)象的研究及電磁感應(yīng)定律的建立，同時(shí)對于法拉第發(fā)現(xiàn)直流電動(dòng)機(jī)的原理起到了重要作用.至此，阿拉果“圓盤實(shí)驗(yàn)”現(xiàn)象也得到了完滿的解釋.了解這段歷史，也可直接判斷只有A,B選項(xiàng)正確.

(3)從試題角度可追溯于源自人教版選修3-2第28頁第1題的改編，以多選題的形式出現(xiàn)，考生若不清楚渦流、電磁阻尼、電磁驅(qū)動(dòng)和發(fā)電機(jī)的原理，將極易出現(xiàn)多種錯(cuò)誤的選項(xiàng)搭配或因多選一項(xiàng)而丟分.

4試題不足

首先，力學(xué)實(shí)驗(yàn)題沒有以教材中的實(shí)驗(yàn)為背景且為設(shè)計(jì)性探究實(shí)驗(yàn)是亮點(diǎn)，但對實(shí)驗(yàn)技能的考查中，像讀取臺(tái)秤讀數(shù)的考查從高考為高校選拔人才角度效度不高；第二，第18題以物理知識(shí)在生活中的應(yīng)用為背景，考查平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律的應(yīng)用是亮點(diǎn)，但選項(xiàng)答案的設(shè)置只需要應(yīng)用量綱法及數(shù)學(xué)勾股定理，就可猜出正確選項(xiàng)為D，并不需要應(yīng)用平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律推導(dǎo)和計(jì)算，失去了考查平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律的意義.

參 考 文 獻(xiàn)

1王較過. 阿拉果對科學(xué)發(fā)展的貢獻(xiàn).物理,1999,28(12)

2王洛印. 法拉第對阿拉果銅盤實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的研究和解釋.哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2010,12(4)

3人民教育出版社,課程教材中心,物理課程教材研發(fā)中心.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)教科書 物理必修1-2,選修3-1至3-5全書.北京：人民教育出版社，2007

(收稿日期：2015-11-03)