例谈物理思维过程在高考中的体现及启示 -----以2019年全国理综1卷物理第33题为例

发表时间:2020/8/31   来源:《教育学文摘》2020年11期   作者:黄桂兰1 黄湓山2
[导读] 物理综合思维(科学思维,人文思维,创新思维)是物理核心素养的主要组成部分
        物理综合思维(科学思维,人文思维,创新思维)是物理核心素养的主要组成部分,是基于物理学科的内容和学科属性特点提炼出来的内容,是关键能力,是能够高质量的认识问题,分析问题、解决问题必须具备的能力。物理思维过程是学生在物理数据或者情境认识过程中,能独立、批判地综合应用抽象与联想,归纳与概况,推演与计算、模型与建模等思维来组织、调动相关的知识与能力,解决生活实践或学习探索情境中的问题过程。
        近年高考物理在考查知识的同时非常注重考查物理综合思维过程的分析。本文以2020年高考全国理综1物理第33题为例,浅谈物理思维过程在高考试题中的体现及对高考复习的教学启示。
一.真题呈现
33.(物理 --选修3-3,15分)
(1)分子间作用力F与分子间距r的关系如图所示,r= r1时,F=0。分子间势能由r决定,规定两分子相距无穷远时分子间的势能为零。若一分子固定于原点O,另一分子从距O点很远处向O点运动,在两分子间距减小到r2的过程中,势能_____(填“减小“不变”或“增大”);在间距由r2减小到r1的过程中,势能_____ (填“减小”“不变”或“增大”);在间距等于r1处,势能_____(填“大于”“等于”或“小于”)零。
(2)甲、乙两个储气罐储存有同种气体(可视为理想气体)。甲罐的容积为V,罐中气体的压强为p;乙罐的容积为2V,罐中气体的压强为。现通过连接两罐的细管把甲罐中的部分气体调配到乙罐中去,两罐中气体温度相同且在调配过程中保持不变,调配后两罐中气体的压强相等。求调配后
(i)两罐中气体的压强;
(ii)甲罐中气体的质量与甲罐中原有气体的质量之比。
[参考答案]
(1)减小    减小    小于

二.试题分析
本题第(1)题主要考查定性分析分子间距离与分子间作用力、与分子势能的关系。难度适中偏易,是基础题,掰开来考,平时复学中通常画两个相关的图做个结论说明,甚少通过思维角度分析内因。若第一二空填“增大”,是将分子间作用力的图与分子势能的图混淆,在另一分子靠近r1或r2过程中,力先变大后变小。从分子势能角度看,在一分子靠近r1或r2过程中,引力做正功,分子势能减小。若第三空填“等于”,一个是没有认真审题,误以为此位置分子力是为零,势能就是为零;另一个是没有认真分析,其实是势能一直在减小,小于零。
本题第(2)题主要考查理想气体状态方程(克拉珀龙方程)的理解和综合应用。难度适中,题目考查《考试大纲》所要求五种能力中的分析能力,以甲、乙两罐气体为研究对象,连通前温度相同,质量、压强、体积不同,分析连通后的压强及连通后甲罐质量变化分析。题目第一小问容易入手,但是第二问物理思维要求较高,就是这题的区分小题,要学生真正理解连通前后的各罐压强、体积、质量的变化过程,才能完成。
三.启示
(一)规范答题,提高得分率
 不少考生走出考场感觉良好,但有些得分并不理想,问题的关键是不认真审题、答题不规范或者没按要求答题导致失分。比如最后单位没写,或者符号与题目给的符号不同,或者没写基本公式、基本规律,直接用二级结论解题或者只有中间过程等等。教师在备考过程中多关注学生答卷,给学生每道题的细分,让学生分析自己失分、得分原由,从而不断严格要求、提高自己答题的规范性和严谨性,拿稳不该丢的分。
(二)加强思维过程分析能力的训练
比如这题第(2)题的第二小问是要求物理学科思维较高,要知道连通前的质量是比连通后质量较多,是因为压强变小了,而罐的体积没变,由克拉珀龙方程可得出变化连通前后的摩尔数之比,又是同种气体,则连通前后气体质量之比就等于连通前后的摩尔数之比。好多学生完成这小问就比较乱,前后怎么变化分不清,属于懵的状态,不知道气体质量与气体状态量之间的关系。其实这就是没有分析能力,思维没有训练到位的体现,在教学中如何来训练学生思维呢?下面是作者的一点做法:(1)一题多解。一题多解能够让学生真正的理解透题目的全过程,也就是思维得到很好的训练。比如这题的解法就很多,
第(2)题第一小问
解法一:由克拉珀龙方程

         
         第二小问

       
(2)变式训练
为了提高学生的思维水平和知识综合应用能力,靠一道题的训练是不够的,在复习过程中,要善于应用原题变式的方式进行多题训练来促进学生知识内化和思维进阶。让学生对这类问题的不同过程、不同模型找到同类型问题间的差异和联系,提高学生思维品质和解决问题的能力。比如2019年和2020年全国1卷就可以放在一起训练。(题目放在后面)

(三)加强理想气体状态方程的理解
从2015至2020年高考题第33题都是理想气体状态方程应用的题目,不管是活塞类的还是液柱类的,又或者是变质量类的,都是理想气体状态方程的综合应用。而理想气体状态的方程的根本就是理解好克拉珀龙方程方程,理解清楚公式里的每个字母代表什么意义,波意耳定律,盖?吕萨克定律,查理定律又是怎样从实验得出的规律,后怎么归纳出理想气体状态方程?理想气体状态方程与克拉珀龙方程方程是怎样的关系?另外对压强要解释清楚气体压强与初中学习的液体压强的区别。气体压强是大量气体对容器壁的碰撞压力而产生,与温度和密度有关,对气体压强的学习也可以结合克拉珀龙方程方程来加深认识。液体压强主要是由于液体重力对容器壁的压力而产生。我们平时教学中容易以填空,看书等方式快速的过理论知识后练题,而学生没有真正弄清理想气体状态方程的来源、内涵,因而在这小题上就容易错解。

附题目
2019,全国1卷第33题(2)热等静压设备广泛用于材料加工中。该设备工作时,先在室温下把惰性气体用压缩机压入到一个预抽真空的炉腔中,然后炉腔升温,利用高温高气压环境对放入炉腔中的材料加工处理,改部其性能。一台热等静压设备的炉腔中某次放入固体材料后剩余的容积为0.13 m3,炉腔抽真空后,在室温下用压缩机将10瓶氩气压入到炉腔中。已知每瓶氩气的容积为3.2×10-2 m3,使用前瓶中气体压强为1.5×107 Pa,使用后瓶中剩余气体压强为2.0×106 Pa;室温温度为27 ℃。氩气可视为理想气体。
         (i)求压入氩气后炉腔中气体在室温下的压强;
         (ii)将压入氩气后的炉腔加热到1 227 ℃,求此时炉腔中气体的压强。
2020,全国1卷第33题(2)甲、乙两个储气罐储存有同种气体(可视为理想气体)。甲罐的容积为V,罐中气体的压强为p;乙罐的容积为2V,罐中气体的压强为。现通过连接两罐的细管把甲罐中的部分气体调配到乙罐中去,两罐中气体温度相同且在调配过程中保持不变,调配后两罐中气体的压强相等。求调配后
(i)两罐中气体的压强;
(ii)甲罐中气体的质量与甲罐中原有气体的质量之比。




参考文献
[1]四层-高考考查内容-学科素养-思维方法.中国高考评价体系.
[2]刘桂枝.析高考真题 谋复习之策.中学物理教学参考,2020(2):24-27.
[3]冯秋萍  张铁牛.例谈地理思维过程在高考中的体现及启示.广东教育,2019(7,8):105-106.
[4]宋宝  柳玉梅 .2019年高考理综新课标I卷物理第21题的解析与启示.广东教育,2019(7,8):109-110.
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