2020年高考物理图像类试题分析与教学启示

广东 赖世锵

2020年高考物理较注重利用图像呈现丰富的信息，增加了试题信息的广度，要求学生能够从图像中获取信息，建立文字、图像等不同信息呈现方式之间的联系，通过图像语言构建正确的物理情景，考查学生信息加工、逻辑推理、科学思维等能力，突显物理学科核心素养的考查。

今年是新旧高考并存的一年，无论是新高考还是旧高考，试题都体现了学科核心素养的考查，凸显考查学生从真实情境获取信息并分析信息的能力。为此，笔者归纳并分析了2020年高考物理图像，希望对物理学科高考备考有所帮助。

1.动力学图像

动力学图像主要包括运动图像、力的图像与动量能量图像等，其中运动图像常见的有v-t图像、x-t图像、a-t图像等，力的图像常见的有F-t图像、F-x图像、F-a图像等，动量、能量图像常见的有p-t图像、W-x图像、E-x图像、Ek-t图像等。

高考对动力学图像的考查，主要从具体的物理情境中通过图像来考查，需要学生从图像中获取必要的信息，运用动力学、动量、能量等知识分析，通过归纳推理，建立各物理量之间的关系，应用有效信息处理问题和数学方法处理物理问题。2020年高考对动力学图像的考查见表1。

表1 2020年高考动力学图像(部分)

【例1】(2020年全国卷Ⅰ第20题)一物块在高3.0 m、长5.0 m的斜面顶端从静止开始沿斜面下滑，其重力势能和动能随下滑距离s的变化如图1中直线Ⅰ、Ⅱ所示，重力加速度取10 m/s2。则

图1

( )

A.物块下滑过程中机械能不守恒

B.物块与斜面间的动摩擦因数为0.5

C.物块下滑时加速度的大小为6.0 m/s2

D.当物块下滑2.0 m时机械能损失了12 J

【解析】由题意可知，图线Ⅰ、Ⅱ分别为重力势能、动能随下滑距离s的变化关系图像，斜面倾角为37°，下滑过程中，机械能E=Ep+Ek不是定值，故机械能不守恒，A选项错误；设斜面长为L，由图线Ⅰ可得Ep=mg(l-s)sin37°，斜率大小k1=mgsin37°=6，于是m=1 kg。由图线Ⅱ可得Ek=(mgsin37°-μmgcos37°)s，斜率k2=mgsin37°-μmgcos37°=ma=2，于是μ=0.5，a=2 m/s2，B选项正确，C选项错误；由图像可知，物块下滑2.0 m时机械能损失ΔE=30 J-(18+4) J=8 J，D选项错误。

【点评】本题与2019年全国卷Ⅱ第18题、卷Ⅲ第17题相似，综合考查机械能守恒、动能定理、摩擦力做功、牛顿第二定律等知识，要求考生能够从图像中提取解题信息，分析物块下滑过程中能量的变化，对学生信息获取的能力要求较高。根据图像分析重力势能和动能的变化规律，得到机械能损失量，这是解题的关键点。突破本题，应该从题目的情境入手，根据给出图像的信息，由重力势能公式结合斜率即可求出物体的质量；由动能定理，结合机械能随下滑距离s变化的特点，即可求出μ和a；由功能关系，可以求出损失的机械能。

新一轮教学改革，试题往往创设真实情境，根据学业质量水平标准命制，考查学生必备知识与关键能力，所以在复习备考中要多加关注。在处理此类真实情境化试题时，要认真审题，分析物理情境，从物体受力和运动情况分析入手，运用牛顿运动定律、动能定理、机械能守恒定律、能量守恒定律、动量定理、动量守恒定律等规律分析图像中的情境，同时挖掘斜率、截距等信息辅助高效解题。

2.电磁学图像

对电磁学图像的考查，主要在选择题与电学实验题中考查，计算题也偶尔出现，今年高考题电路图像与电磁感应图像属于高频考点。通过分析图像，要求学生能从中获取信息，加工信息以及利用信息进行推理判断。2020年高考对电磁学图像的考查见表2。

表2 2020年高考电磁学图像(部分)

续表

【例2】(2020年全国卷Ⅰ第22题)某同学用伏安法测量一阻值为几十欧姆的电阻Rx，所用电压表的内阻为1 kΩ，电流表内阻为0.5 Ω。该同学采用两种测量方案，一种是将电压表跨接在图2所示电路的O、P两点之间，另一种是跨接在O、Q两点之间。测量得到如图3所示的两条U-I图线，其中U与I分别为电压表和电流表的示数。回答下列问题：

图2

图3

(1)图2中标记为Ⅱ的图线是采用电压表跨接在________(填“O、P”或“O、Q”)两点的方案测量得到的。

(2)根据所用实验器材和图2可判断，由图线________(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)得到的结果更接近待测电阻的真实值，结果为________Ω(保留1位小数)。

(3)考虑到实验中电表内阻的影响，需对(2)中得到的结果进行修正，修正后待测电阻的阻值为________Ω(保留1位小数)。

【点评】本题考查伏安法测电阻，考查学生模型建构与科学推理的科学思维。通过挖掘图像含义，并理解斜率所代表的物理意义，找到哪一条图线为外接法，哪一条图线为内接法，根据内、外接法的原理，判断电压表接在哪两点之间，并通过图像获取数据，求出待测电阻阻值，并进行误差分析。2020年高考6份关于物理学科的试卷都考查了U-I图线，包括伏安法测电阻、测量电源电动势与内阻等考点。本题总体来说，难度不大，电流表的内外接法是电学的基本内容，为学生应具备的必备知识，若采用电流表内接法，由于电流表分压引起测量误差，测量值偏大；若采用电流表外接法，由于电压表分流引起测量误差，测量值偏小。根据图像的斜率，可得到待测电阻值，结合内接法特点，求出修正后较准确的电阻值。

在电学实验备考中，应加强基础知识的复习，侧重实验基本原理的教学。实验原理是实验的核心，实验结果分析是灵魂，要适当开展专题复习，进行变式训练研究，掌握必备知识和关键能力，提高学生的物理核心素养。

3.热学图像

热学图像主要包括分子间作用力与分子间距离关系的F-r图像、分子势能与分子间距离关系的Ep-r图像、气体分子速率分布图像与理想气体状态变化的图像等，其中理想气体状态变化的图像是历年地方卷高考的热点。理想气体状态变化的图像主要包括p-V图像、p-T图像、V-T图像等。2020年高考对热学图像的考查见表3。

表3 2020年高考热学图像

【例3】(山东省2020年普通高中学业水平等级考试第6题)一定质量的理想气体从状态a开始，经a→b、b→c、c→a三个过程后回到初始状态a，其p-V图像如图4所示。已知三个状态的坐标分别为a(V0，2p0)、b(2V0，p0)、c(3V0，2p0)以下判断正确的是

图4

( )

A.气体在a→b过程中对外界做的功小于在b→c过程中对外界做的功

B.气体在a→b过程中从外界吸收的热量大于在b→c过程中从外界吸收的热量

C.在c→a过程中，外界对气体做的功小于气体向外界放出的热量

D.气体在c→a过程中内能的减少量大于b→c过程中内能的增加量

【解析】由于p-V图线和横坐标轴围成的面积即为做功大小，在a→b和b→c过程中，气体体积均增大，气体对外界做功，由图4可知，两过程面积相等，故做功相等，A选项错误。气体从a→b过程，a、b两状态pV=C，即满足玻意耳定律，说明Ta=Tb，所以ΔUab=0，再由热力学第一定律ΔU=Q+W可知，Qab=|Wab|；同理，b→c过程中，温度升高，ΔUbc>0，由ΔU=Q+W可知，Qbc>|Wbc|，所以气体在a→b过程中从外界吸收的热量小于在b→c过程中从外界吸收的热量，B选项错误。c→a过程中，温度降低，故ΔUca<0，气体体积减小，外界对气体做功，故Wca>0，根据热力学第一定律可知Qca<0，放出热量，故外界对气体做的功小于气体向外界放出的热量，C选项正确。由于a、b两状态温度相等，理想气体的内能只与温度有关，于是c→a、b→c两过程温度的变化量大小相同，由于温度决定内能，所以,气体在c→a过程中内能的减少量等于b→c过程中内能的增加量,D选项错误。

在热学图像备考中，分子间作用力、分子势能随分子间距离变化关系图像和理想气体三个状态参量的关系图像是重点备考内容。理想气体三大定律、热力学第一定律是气体的重要知识点，尤其是气体的计算。气体实验定律以图像形式考查时，要求学生对于热学知识和图像能融会贯通。

4.机械振动与机械波图像

机械振动与机械波图像主要包括机械振动图像与机械波图像。机械振动图像主要有x-t图像、y-t图像、T2-t图像等，机械波图像主要有y-x图像等。

2020年高考多份考卷涉及振动与波动图像的考查。考查机械波的形式和传播时，往往以考查振动图像和波动图像为主，主要涉及波速、波长和周期的关系等知识。通过图像考查学生信息获取能力和分析归纳能力。2020年高考机械振动与机械波图像的考查见表4。

表4 2020年高考机械振动与机械波图像

【例4】(2020年全国卷Ⅲ第34题)如图5所示，一列简谐横波平行于x轴传播，图中的实线和虚线分别为t=0和t=0.1 s时的波形图。已知平衡位置在x=6 m处的质点，在0到0.1 s时间内运动方向不变。这列简谐波的周期为________s，波速为________m/s，传播方向沿x轴________(填“正方向”或“负方向”)。

图5

在复习备考中，要加强对基本概念的记忆和理解，质点振动过程中位移、速度、加速度等各物理量的变化规律，理解图像的物理意义，提升物理观念。同时，结合振动图像与机械波图像来分析振动与波的特点和规律，切实掌握两种图像的区别和联系，培养学生的科学思维。

5.小结