2021年高考物理全國甲卷試題評析

2021-11-08 09:19云南蔣金團

教學考試(高考物理) 2021年5期

云南蔣金團

在剛剛結束的高考戰(zhàn)役中，云貴川等省份使用的是教育部考試中心統(tǒng)一命制的“甲卷”試題。從理論的角度來講，甲卷物理試題依托《中國高考評價體系》，強化基礎性考查，優(yōu)化情境設計，增強試題靈活性，深化關鍵能力考查，充分發(fā)揮高考命題的育人功能和積極導向作用；從知識體系的角度來講，甲卷物理試題仍然以“力學模塊”和“電磁學模塊”為主，“光學模塊”和“熱學模塊”為輔，雖然命題的主線沒變，但是在試題情景設計方面、核心思想和核心方法的綜合應用方面、信息提取能力方面和學科融合方面，今年物理試題的難度都高于去年。下面，我將對本套試題進行詳細的評析，同時對難度較大的四道試題給出自己的解題思路和解題過程，以期對以后的備考有所幫助。

1.立足基礎，回歸教材

物理概念和物理規(guī)律是高中物理的基礎性內容，是學生形成和深化物理觀念的重要途徑。2021年甲卷物理試題非常重視基礎知識的考查，注重概念和規(guī)律的形成過程，引導學生加強對基礎內容的融會貫通，促進學生物理觀念的形成和深化。第16題考查磁場的疊加原理，通過對磁場方向的判斷，能讓學生認識到矢量的方向和大小同樣重要，從而對物理概念形成深刻的認識；第17題考查原子核衰變時衰變次數(shù)的計算方法，只要根據(jù)“衰變特點”或“質量數(shù)質子數(shù)守恒”等規(guī)律便能快速得到正確答案；第19題考查靜電場“能的性質”，只要掌握等勢線的特點、電場線和等勢線的關系、電場力做功公式等基礎性、細節(jié)性知識便能找到解決問題的突破口；第22題力學實驗考查動摩擦因數(shù)的測量，這實質上是教材中用“打點計時器裝置探究牛頓第二定律”在情景上的稍稍翻新，情景雖然微變，但處理數(shù)據(jù)的方法與傳統(tǒng)實驗完全相同。

2.創(chuàng)設真實問題情境，引導學生關注生活和培養(yǎng)社會責任感

2021年甲卷物理試題加強理論聯(lián)系實際，設計與生產實踐、交通規(guī)則、科技前沿等方面緊密聯(lián)系的真實情境，考查學生靈活運用所學物理知識分析解決問題的能力，引導學生關注生活，培養(yǎng)社會責任感。第15題以一種傳統(tǒng)游戲“旋轉紐扣”為情境，考查學生對圓周運動中加速度與其他物理量之間關系的理解與運用，該題雖然簡單，計算量也很小，但美妙的情景能引起考生滿滿的回憶，培養(yǎng)學生對生活的熱愛和向往。此外，第18題以執(zhí)行我國火星探測任務的“天問一號”探測器進入環(huán)繞火星橢圓形停泊軌道為情境，考查學生運用開普勒第三定律等知識解決實際問題的能力。真實的數(shù)據(jù)加上真實的背景，往往能激發(fā)起學生強烈的文化自信和愛國情懷，考慮到該題是單選部分壓軸題，除了“計算量大、需要巧妙估算”等特點之外，該題的命題角度也比較新穎，現(xiàn)做詳細分析如下。

【例1】(2021·全國甲卷·18)2021年2月，執(zhí)行我國火星探測任務的“天問一號”探測器在成功實施三次近火制動后，進入運行周期約為1.8×105s的橢圓形停泊軌道，軌道與火星表面的最近距離約為2.8×105m。已知火星半徑約為3.4×106m，火星表面處自由落體的加速度大小約為3.7 m/s2，則“天問一號”的停泊軌道與火星表面的最遠距離約為

( )

A.6×105m B.6×106m

C.6×107m D.6×108m

【答案】C

在甲卷物理試題中，除了上面提到的第15題和第18題，第24題的情景性也非常強，第24題以汽車在減速帶中的運動為背景，考查學生應用動能定理和勻變速直線運動規(guī)律解決實際問題的能力，通過對真實情景的研究，培養(yǎng)學生的安全意識和社會責任感，該題的最大特點是已知條件背后隱藏的信息難以挖掘，需要結合邏輯推理將隱含條件顯化才能找到解決問題的突破口。

【例2】(2021·全國甲卷·24)如圖1所示，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(fā)現(xiàn)，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(xù)滑行距離s后停下。已知小車與地面間的動摩擦因數(shù)為μ，重力加速度大小為g。

圖1

(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？

【答案】(1)ΔE1=mgdsinθ

【解析】(1)由題給信息“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”可知，經過一個減速帶損失的機械能等于上一個減速帶到當前減速帶過程中重力所做的功，有ΔE1=mgdsinθ

聯(lián)立各式解得

3.增強試題的靈活性和綜合性，引導學生培養(yǎng)關鍵能力

甲卷物理試題通過設置新穎的問題角度等方式，增強試題的靈活性，考查學生的推理能力、分析綜合能力，引導學生培養(yǎng)關鍵能力和學科素養(yǎng)。例如第20題以物體在粗糙斜面上的往返運動為情景，考查動能定理和牛頓第二定律的綜合應用，解答時需先對“上滑過程”和“全過程”列出動能定理方程，接著聯(lián)立兩方程求出重力所做的功和物體克服摩擦力所做的功，然后再以功的定義式為中介求出傾斜角和動摩擦因數(shù)，最后用牛頓第二定律便能求出加速度，整個解題流程環(huán)環(huán)相扣，培養(yǎng)了學生的能量觀和力學觀；第23題考查探究小燈泡的伏安特性，該實驗題雖然常規(guī)，但命題者的設問層次非常豐富，解答過程既涉及了保護電阻的選擇、滑動變阻器分壓式接法的特點、電壓表改裝等知識點，也涉及了伏安特性曲線斜率的意義和功率等知識點，一個個知識點串聯(lián)在一起形成了一張考網(wǎng)，只有具備了較強的整合能力，才能在考網(wǎng)中游刃有余，找到解題的突破口；此外，第21題設計了質量相等、橫截面積不同、匝數(shù)不同的兩線圈，考查學生綜合運用法拉第電磁感應定律、安培力公式、電阻率公式、密度公式等解決復雜問題的能力。

【例3】(2021·全國甲卷·21)由相同材料的導線繞成邊長相同的甲、乙兩個正方形閉合線圈，兩線圈的質量相等，但所用導線的橫截面積不同，甲線圈的匝數(shù)是乙的 2倍?，F(xiàn)兩線圈在豎直平面內從同一高度同時由靜止開始下落，一段時間后進入一方向垂直于紙面的勻強磁場區(qū)域，磁場的上邊界水平，如圖2所示。不計空氣阻力，已知下落過程中線圈始終平行于紙面，上、下邊保持水平。在線圈下邊進入磁場后且上邊進入磁場前，可能出現(xiàn)的是

圖2

( )

A.甲和乙都加速運動

B.甲和乙都減速運動

C.甲加速運動，乙減速運動

D.甲減速運動，乙加速運動

【答案】AB

【思路點撥】在傳統(tǒng)題目中，我們通常比較的是兩個單匝線圈進入磁場時的受力情況，但本題中甲線圈的匝數(shù)是乙線圈匝數(shù)的2倍，考慮到進入磁場后甲線圈的底邊導線同時切割磁感線，有效長度是乙線圈的兩倍，因此可以采用等效法解決，將匝數(shù)為2n邊長為a的甲線圈等效成匝數(shù)為n邊長為2a的線圈。

【解析】采用等效法解決，將匝數(shù)為2n邊長為a的甲線圈等效成匝數(shù)為n邊長為2a的線圈。

4.注重學科融合，培養(yǎng)學生應用數(shù)學知識解決物理問題的能力

物理和數(shù)學在很多方面是相通的，有些物理問題轉化為數(shù)學模型之后，往往能更加清晰地看到問題的難點所在，從而對癥下藥找到解決問題的最佳途徑。例如第14題以物體在光滑斜面上的運動為情景，考查牛頓第二定律和勻變速直線運動規(guī)律的應用，命題者通過設定斜面水平投影不變的情況下逐漸增大傾斜角，從而尋找物體運動時間的極值，利用動力學規(guī)律不難得到運動時間與傾斜角之間的函數(shù)關系，但是在關鍵的最后一步，我們必須利用二倍角公式將正弦函數(shù)和余弦函數(shù)整合成一個函數(shù)，才能找到極值問題對應的臨界條件；第25題考查帶電粒子在組合場中的運動，該題雖然屬于經典題型再現(xiàn)，但命題者加重了應用數(shù)學知識解決物理問題的力度，該題不但涉及了15°和75°的三角函數(shù)值，還涉及了兩角和的余弦值公式，這是常規(guī)習題無法比擬的。

【例4】(2021·全國甲卷·25)如圖3，長度均為l的兩塊擋板豎直相對放置，間距也為l，兩擋板上邊緣P和M處于同一水平線上，在該水平線的上方區(qū)域有方向豎直向下的勻強電場，電場強度大小為E；兩擋板間有垂直紙面向外、磁感應強度大小可調節(jié)的勻強磁場。一質量為m，電荷量為q(q>0)的粒子自電場中某處以大小為v0的速度水平向右發(fā)射，恰好從P點處射入磁場，從兩擋板下邊緣Q和N之間射出磁場，運動過程中粒子未與擋板碰撞。已知粒子射入磁場時的速度方向與PQ的夾角為60°，不計重力。

圖3

(1)求粒子發(fā)射位置到P點的距離；

(2)求磁感應強度大小的取值范圍；

(3)若粒子正好從QN的中點射出磁場，求粒子在磁場中的軌跡與擋板MN的最近距離。

【思路點撥】(1)帶電粒子在電場中做類平拋運動，題目已知類平拋運動的末速度與豎直方向成60°角，為了充分利用幾何關系，必須將末速度正交分解，從而找出兩個分運動的關系；(2)帶電粒子在磁場中運動時，要使粒子從兩擋板下邊緣Q和N之間射出磁場，可以采用放縮法尋找運動軌跡；(3)帶電粒子在磁場中運動時，帶電粒子的水平分速度方向先向右后向左，所以當粒子的水平分速度為零時(即合速度方向豎直向下時)，粒子在磁場中的軌跡與擋板MN的距離最近。