崔福來　林婷

摘? ?要：北京高考試題以靈活著稱，很多題目規(guī)避了繁雜的計(jì)算，但情境新穎，試題靈活，以高中之外的知識(shí)為背景對學(xué)生進(jìn)行定性或半定量能力考查。文章對其中幾道典型的試題進(jìn)行分析，以期能在教學(xué)中更好地培養(yǎng)學(xué)生的定性與半定量計(jì)算的能力。

關(guān)鍵詞：定性分析;物理觀念;新情境

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? 文章編號：1003-6148（2022）6-0040-4

1? ? 問題的提出

從歷年的北京卷試題來看，基本會(huì)有一道題是高中階段尚不能定量分析的，但能使用高中所學(xué)知識(shí)進(jìn)行定性或半定量分析（表1），意在考查學(xué)生的創(chuàng)新和探究能力，即用已形成的物理觀念解決實(shí)際問題的能力。

2? ? 試題賞析

例1 （2018年）根據(jù)高中所學(xué)知識(shí)可知，做自由落體運(yùn)動(dòng)的小球，將落在正下方位置。但實(shí)際上，赤道上方200 m處無初速度下落的小球?qū)⒙湓谡路轿恢闷珫|約6 cm處。這一現(xiàn)象可解釋為，除重力外，由于地球自轉(zhuǎn)，下落過程小球還受到一個(gè)水平向東的“力”，該“力”與豎直方向的速度大小成正比。現(xiàn)將小球從赤道地面豎直上拋，考慮對稱性，上升過程該“力”水平向西，則小球（? ? ? ?）

A.到最高點(diǎn)時(shí)，水平方向的加速度和速度均為零

B.到最高點(diǎn)時(shí)，水平方向的加速度和速度均不為零

C.落地點(diǎn)在拋出點(diǎn)東側(cè)

D.落地點(diǎn)在拋出點(diǎn)西側(cè)

本題以科里奧利力為背景考查學(xué)生的物理觀念，從物理學(xué)視角解釋實(shí)際現(xiàn)象，以大學(xué)物理的知識(shí)來靈活考查學(xué)生利用高中物理知識(shí)解決問題的能力。沒有繁雜的計(jì)算，沒有太定量的關(guān)系，主要從定性的角度去分析考慮科里奧利力的情況下，小球是怎么運(yùn)動(dòng)的，體現(xiàn)了由高中到大學(xué)的過渡，解析過程如表2所示。以安培力的學(xué)習(xí)為例，初中以定性分析為主，到高中階段則對安培力進(jìn)行定量分析，該題的解析過程很好地體現(xiàn)了安培力的學(xué)習(xí)進(jìn)階過程，學(xué)習(xí)進(jìn)階流程如圖1所示?？评飱W利力在本題以定性的方式呈現(xiàn)在學(xué)生眼前，使學(xué)生有一定的了解，為后面科里奧利力的學(xué)習(xí)積累一定的經(jīng)驗(yàn)素材。題目既有考查的作用，又有促進(jìn)銜接學(xué)習(xí)的作用。

例2 （2020年）在無風(fēng)的環(huán)境里，某人在高處釋放靜止的籃球，籃球豎直下落;如果先讓籃球以一定的角速度繞過球心的水平軸轉(zhuǎn)動(dòng)（圖2）再釋放，則籃球在向下掉落過程中偏離豎直方向做曲線運(yùn)動(dòng)。其原因是，轉(zhuǎn)動(dòng)的籃球在運(yùn)動(dòng)過程中除受重力外，還受到空氣施加的阻力f和偏轉(zhuǎn)力f。這兩個(gè)力與籃球速度v的關(guān)系大致為：f=kv，方向與籃球運(yùn)動(dòng)方向相反;f=kv，方向與籃球運(yùn)動(dòng)方向垂直。下列說法正確的是（? ? ?）

A.k、k是與籃球轉(zhuǎn)動(dòng)角速度無關(guān)的常量

B.籃球可回到原高度且角速度與釋放時(shí)的角速度相同

C.人站得足夠高，落地前籃球有可能向上運(yùn)動(dòng)

D.釋放條件合適，籃球有可能在空中持續(xù)一段水平直線運(yùn)動(dòng)

本題為2020年北京高考選擇題最后一題，同樣以高中階段不涉及的內(nèi)容（馬格努斯效應(yīng)）為背景，試題情境也更接近真實(shí)場景。

從試題情境分析來看，四個(gè)選項(xiàng)都沒有涉及太復(fù)雜的運(yùn)算，只需對題給場景進(jìn)行定性與半定量分析，解析過程如表3所示，題目分析流程如圖3所示。盡管涉及到了馬格努斯效應(yīng)，但運(yùn)用高中所學(xué)的知識(shí)能較好地定性分析出來。題目設(shè)計(jì)極為巧妙，情境新穎，不超綱，又能很好地考查學(xué)生的定性與半定量思維能力。學(xué)生在學(xué)習(xí)中總會(huì)碰到書本上或當(dāng)前從沒碰過的問題與事物，此時(shí)要做的就是運(yùn)用目前所掌握的知識(shí)對問題進(jìn)行定性或半定量的分析，對問題有探索的欲望和能力。

例3 （2021年）北京高光能源是我國首個(gè)第四代同步輻射光源，計(jì)劃于2025年建成。同步輻射光具有光譜范圍寬（從遠(yuǎn)紅外到X光波段，波長范圍約為10 m～10 m，對應(yīng)能量范圍約為10-1 eV～10 eV）、光源亮度高、偏振性好等諸多特點(diǎn)，在基礎(chǔ)科學(xué)研究、應(yīng)用科學(xué)和工藝學(xué)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

速度接近光速的電子在磁場中偏轉(zhuǎn)時(shí)，會(huì)沿圓弧軌道切線發(fā)出電磁輻射，這個(gè)現(xiàn)象最初是在同步加速器上觀察到的，稱為“同步輻射”。以接近光速運(yùn)動(dòng)的單個(gè)電子能量約為10 eV，回旋一圈輻射的總能量約為10 eV。下列說法中正確的是（? ? ）

A.同步輻射的機(jī)理與氫原子發(fā)光的機(jī)理一樣

B.用同步輻射光照射氫原子不能使氫原子電離

C.蛋白質(zhì)分子的線度約為10 m，不能用同步輻射光得到其衍射圖樣

D.盡管向外輻射能量，但電子回旋一圈后能量不會(huì)明顯減小

2021年北京卷的最后一道選擇題以“同步輻射光”為背景，同步輻射是高速帶電粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)所發(fā)出的電磁輻射，在高等教育課程《電動(dòng)力學(xué)》中，學(xué)生會(huì)定量學(xué)習(xí)到高速帶電粒子的輻射特點(diǎn)。在本題中，將“同步輻射光”提前展現(xiàn)在學(xué)生眼前，將背景信息與學(xué)生現(xiàn)有的知識(shí)有機(jī)融合，使學(xué)生定性地了解“同步輻射光”。所將要接觸的知識(shí)與自己頭腦中已有的知識(shí)激烈碰撞，迸發(fā)出絢麗的火花。題目將“同步輻射光”的特性、產(chǎn)生機(jī)理拋出，引出氫原子躍遷和衍射的相關(guān)知識(shí)，體現(xiàn)了知識(shí)的應(yīng)用，用已掌握的知識(shí)或已形成的物理觀念去了解新的事物和信息。

物理學(xué)有其定量的特色，但同時(shí)我們也不能忽略掉物理學(xué)的定性之美。定性分析與判斷給物理增添了靈活性，同時(shí)也能激發(fā)學(xué)生對新事物探索的欲望。

從上面三道試題分析來看，都是以高中階段未涉及的相關(guān)內(nèi)容為背景，考查了學(xué)生對現(xiàn)有知識(shí)的運(yùn)用。三道題都處于選擇題壓軸的地位上，不涉及任何的數(shù)學(xué)運(yùn)算，但很好地考查了學(xué)生的物理思維和物理觀念。不管是高考還是生活中，我們總會(huì)碰到新的情境、新的物理問題，一時(shí)難以下手，如果我們能用自己所學(xué)知識(shí)對新問題進(jìn)行定性的判斷，一切都有可能迎刃而解。在人類知識(shí)探索上，首先會(huì)對問題進(jìn)行一個(gè)定性或半定量的分析。那么在平常教學(xué)中，也可以用人類已解決的但學(xué)生還沒有掌握的問題來為學(xué)生提供探索的背景，使學(xué)生經(jīng)歷一個(gè)知識(shí)的探索過程，培養(yǎng)學(xué)生的物理觀念和創(chuàng)新能力。

3? ? 教學(xué)建議

3.1? ? 注重探究，引發(fā)猜想

一切問題的探究由猜想開始，猜想是由以往的生活經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)有的知識(shí)對問題可能性的判斷（表4），不一定所有猜想都是正確的，所以在教學(xué)中要鼓勵(lì)學(xué)生開闊思維，大膽猜想。猜想的過程，其實(shí)就是對問題進(jìn)行定性分析與判斷。找到問題解決的方向，進(jìn)而查找證據(jù)，對問題進(jìn)行更細(xì)致、更全面的探究。比如，在庫侖定律的學(xué)習(xí)中，兩個(gè)點(diǎn)電荷所受的靜電力與什么因素有關(guān)，可以引導(dǎo)學(xué)生由所學(xué)過的萬有引力定律公式類比猜想得出影響靜電力的大小有可能與它們的帶電量和距離有關(guān)，從而更順理成章地設(shè)計(jì)探究實(shí)驗(yàn)。

3.2? ? 用已形成的物理觀念去探索新的知識(shí)

建構(gòu)主義認(rèn)為，要在學(xué)生的原有背景之下教學(xué)，學(xué)生是主動(dòng)吸收知識(shí)的主體，而不是被動(dòng)學(xué)習(xí)。教學(xué)中可以激發(fā)學(xué)生用已形成的物理觀念來對新知識(shí)進(jìn)行研判與獲取。在原有物理觀念之下，學(xué)生有意識(shí)地從物理學(xué)視角看待新問題，在新問題的解決過程中，獲得新知識(shí)，并且更容易內(nèi)化成新的物理觀念。

3.3? ? 注重對問題的定性分析，不要一味陷入定量的“沼澤”

高中階段的學(xué)習(xí)，主要還是以定量為主。學(xué)生往往容易陷入過于定量的誤區(qū)，比如計(jì)算完一道題之后，不會(huì)將所得結(jié)果與現(xiàn)實(shí)相聯(lián)系，所以經(jīng)常會(huì)有離譜的答案出現(xiàn)，學(xué)生卻沒有發(fā)覺，一味地陷入定量的“沼澤”之中。所以，在學(xué)生習(xí)得相關(guān)物理公式和物理量之后，教師要注意引導(dǎo)學(xué)生再定性地分析物理公式和物理量，以求更好地抓住其中蘊(yùn)含的物理意義。體現(xiàn)由定性到定量再到定性的自我否定規(guī)律（圖4）。

參考文獻(xiàn)：

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[3]江俊勤，姜付錦.旋轉(zhuǎn)球體下落問題的研究——2020年北京高考物理第14題釋疑[J].物理教師，2021，42（2）：88-91.

[4]吳廣國，鄒斌.2018年北京高考物理第24題解析及其教學(xué)啟示[J].物理教師，2018，39（10）：80-83，86.

（欄目編輯? ? 陳? 潔）