新形势下“万有引力与航天”相关高考试题研究

闫晶晶

[摘   要]“万有引力与航天”作为高考的重要考点，近年来每年均以选择题的形式呈现。文章针对近三年新课标全国卷中的相关试题进行研究，总结命题趋势。

[关键词]万有引力与航天;高考试题;新课标卷

[中图分类号]    G633.7        [文献标识码]    A        [文章编号]    1674-6058（2019）17-0053-02

一、2016—2018年全国新课标卷“万有引力与航天”相关真题的背景与考查情况

[年份（题号） 试题背景 考查内容 2016年 Ⅰ卷

（17） 利用地球同步卫星保持无线电通讯 万有引力定律的基本应用、几何知识 Ⅲ卷

（14） 万有引力的相关物理学史 2017年 Ⅱ卷

（19） 海王星绕太阳运动 万有引力定律、功能关系 Ⅲ卷

（14） “天舟一号”、“天宫二号” 应用万有引力定律判断环绕天体的运动情况 2018年 Ⅰ卷

（20） 引力波 双星模型 Ⅱ卷

（16） 毫秒脉冲星“J0318+0253” 应用万有引力定律求解星体的密度 Ⅲ卷

（15） 引力波、“天琴计划” 万有引力定律的基本应用 ]

二、 “万有引力与航天”相关试题分析及命题趋势

《考试大纲》中对“万有引力定律及其应用”以及“环绕速度”有Ⅱ级要求，也就是对该内容要做到理解其确切含义及与其他知识的联系，能够进行叙述和解释，并能在实际问题的分析、综合、推理和判断等过程中运用。

从近三年全国新课标卷中的高考真题来看， 万有引力的相关试题每年必考，并且该考点的命题均以选择题的形式出现。广西使用的全国Ⅲ卷中试题出现的位置在选择题的第1道或是第2道，主要涉及的是“万有引力定律的相关物理学史”和“应用万有引力定律解决环绕天体问题的基本应用”，也就是考纲中明确有Ⅱ级要求的考点，对内容要做到理解，但计算量较小，也没有涉及与其他知识的联系，难度相较于前几年来说有了大幅度的降低。但在全国Ⅰ、Ⅱ卷中，试题出现在了选择题的中间位置，甚至是放在了多选题中，涉及的内容出现了地球同步卫星，从环绕天体的运动轨道判断天体的速率变化、能量变化以及做功关系，双星模型，天体质量和密度的计算等一些较难的模型，对学生的综合分析推理能力有较高的要求。

结合近三年全国新课标卷的真题，几乎可以肯定的是往后几年的高考试题中，万有引力的相关试题依旧会以选择题的形式出现，考查的内容会侧重在“应用万有引力定律解决环绕天体的相关问题”中。

三、“万有引力与航天”相关试题的备考策略

解决万有引力相关问题的思路和方法较为单一，可以概括成两条思路：[F万=G]和[F万=F向]，但还是有较多的学生在解决相关题目时力不从心，分析原因主要有以下两点：（1）无法从陌生的背景中提取有用信息，建立物理模型，理解物理过程;（2）即使大概知道物理过程是怎样的，也无法理解其中的物理规律，导致选择公式时毫无头绪。

根据近年来试题的命题趋势及学生的实际情况，本文认为该专题的备考复习应该抓好以下三个方面。

1.教会学生从陌生的背景中提取天体模型

从以上真题可以看出，近年来随着核心素养的进一步推广，各个学科都更注重与实际生活的联系。因此该专题的考查往往会联系我国的航天国情。例如2016年Ⅰ卷命题的背景为利用地球同步卫星实现任意两点之间的无线电通讯，该题的难点在于学生不知从何下手，无法根据题目意思分析出考查的内容是理解地球的周期变短，会使同步卫星的轨道半径变小，同时从几何知识中分析出最小的轨道半径。2017年Ⅲ卷的命题背景为“天舟一号”货运飞船与“天宫二号”空间实验室对接，部分学生看到后无从下手，但实际上该题目的关键点在于“仍沿原来的轨道运行”，也就是运行的半径没有变，对接仅仅是使得环绕天体的质量变大。2018年Ⅰ卷和Ⅲ卷的命题都增加了“引力波”的背景，但该类题目实际考查的内容与“引力波”的关联不大，Ⅰ卷的解题突破口在于“双中子星绕两者连线转动”，即“双星模型”; Ⅲ卷的解题突破口在于已知条件为半径关系，即万有引力定律的基本应用。

因此，在复习该专题时，教师第一步要注意教会学生在题干中将无用的背景信息自动筛选删除，提取解题的关键信息，建立物理模型。

2.牢記与万有引力定律相关的科学史，掌握相应公式规律，巧用数学代换，灵活变通

万有引力的相关试题若出现在选择题的第1道，考查的内容基本上是不涉及运算的物理学史，涉及的物理学家绝大多数是开普勒和牛顿。类似于2016年Ⅲ卷的第14题，单纯考查开普勒发现行星运动规律的史实，这类题目对学生来说应该是必拿分，这就需要教师在复习该专题时不要遗忘相关物理学史的复习。

万有引力相关试题的第二种类型是类似于2017年Ⅱ卷的第19题及Ⅲ卷的第14题，这类题目没有具体计算，只是定性判断物理量大小的变化，只需要学生理解运动过程或是从题干中提取自变量，进而判断该变量会导致其他物理量如何变化。这类题目对物理成绩中等偏上的学生而言，也是必拿分，这就需要教师在平时训练中注重培养学生提取题干主要信息的能力以及物理思维的变通能力。

而万有引力定律的相关试题一旦涉及计算，就对数学运算的能力要求比较高。基于有限的考试时间，以及万有引力的题型均为选择题，不需要写出运算过程，故应教会学生选择恰当的解题方式，并在解题过程中巧妙运算，从而加快解题速度。针对以上问题，可总结出以下几点技巧：一是巧用“开普勒第三定律” [r13T12=r23T22]（例如2016年Ⅰ卷和2018年Ⅲ卷的相关试题就可以利用该式提高解题速度）和代换式 [GM=gR2];二是涉及比例的题目，学会先利用公式推导至最后一步，找到所求物理量与哪些物理量有关，再代入已知条件求解;三是面对较为复杂的运算时，可以适当进行估算，得到结果的数量级即可（例如2018年Ⅱ卷的相关试题就可以利用数量级进行估算）;四是巧用三角函数。一些万有引力的相关题目具有较强的抽象性，对学生的思维要求较高。对于一些常识性知识，可以让学生直接记住，例如地球表面的重力加速度约为月球表面重力加速度的6倍，同步卫星的轨道半径约为地球半径的6.6倍等，在选择题中可以直接运用，从而省去不必要的计算时间。

3.注重学生综合能力的提升

单独考查万有引力与航天的题目相对简单，但一旦与其他专题知识相结合，难度就会较大。万有引力的命题大多数会与向心力方程、机械能守恒定律、能量等内容结合。例如2016年的Ⅰ卷、2018年的Ⅰ卷和Ⅱ卷所涉及的万有引力的相关试题综合性较强，对学生能力要求也较高，是区分度较高的题目。这类题目主要针对优等生。因此，在复习中教师需要指导学生首先立足于基础，将最常考的考点理解透彻，同时要重视知识的积累与拓展，最后再在技巧上突破。

综上所述，在关于“万有引力定律”的专题备考中，教师应该注重教会学生从复杂的背景中提取有效信息，建立天体模型，回归两条基本思路，同时巧用数学代换，记住一些常识性知识，有效解决相关问题。

[   参   考   文   献   ]

[1]  潘爽，马佳宁.万有引力与航天在高考物理中的命题研究[J] . 理科考试研究，2017（21）：36-37.

[2]  李友安.分析求解“万有引力”类高考试题的思维过程[J] . 中学物理教学参考，2017（5）：30-31.

（责任编辑 易志毅）