“定性分析”在高考试题中的体现及教学探讨

崔福来　林婷

摘   要：北京高考试题以灵活著称，很多题目规避了繁杂的计算，但情境新颖，试题灵活，以高中之外的知识为背景对学生进行定性或半定量能力考查。文章对其中几道典型的试题进行分析，以期能在教学中更好地培养学生的定性与半定量计算的能力。

关键词：定性分析;物理观念;新情境

中图分类号：G633.7 文献标识码：A     文章编号：1003-6148（2022）6-0040-4

1    问题的提出

从历年的北京卷试题来看，基本会有一道题是高中阶段尚不能定量分析的，但能使用高中所学知识进行定性或半定量分析（表1），意在考查学生的创新和探究能力，即用已形成的物理观念解决实际问题的能力。

2    试题赏析

例1 （2018年）根据高中所学知识可知，做自由落体运动的小球，将落在正下方位置。但实际上，赤道上方200 m处无初速度下落的小球将落在正下方位置偏东约6 cm处。这一现象可解释为，除重力外，由于地球自转，下落过程小球还受到一个水平向东的“力”，该“力”与竖直方向的速度大小成正比。现将小球从赤道地面竖直上抛，考虑对称性，上升过程该“力”水平向西，则小球（       ）

A.到最高点时，水平方向的加速度和速度均为零

B.到最高点时，水平方向的加速度和速度均不为零

C.落地点在抛出点东侧

D.落地点在抛出点西侧

本题以科里奥利力为背景考查学生的物理观念，从物理学视角解释实际现象，以大学物理的知识来灵活考查学生利用高中物理知识解决问题的能力。没有繁杂的计算，没有太定量的关系，主要从定性的角度去分析考虑科里奥利力的情况下，小球是怎么运动的，体现了由高中到大学的过渡，解析过程如表2所示。以安培力的学习为例，初中以定性分析为主，到高中阶段则对安培力进行定量分析，该题的解析过程很好地体现了安培力的学习进阶过程，学习进阶流程如图1所示。科里奥利力在本题以定性的方式呈现在学生眼前，使学生有一定的了解，为后面科里奥利力的学习积累一定的经验素材。题目既有考查的作用，又有促进衔接学习的作用。

例2 （2020年）在无风的环境里，某人在高处释放静止的篮球，篮球竖直下落;如果先让篮球以一定的角速度绕过球心的水平轴转动（图2）再释放，则篮球在向下掉落过程中偏离竖直方向做曲线运动。其原因是，转动的篮球在运动过程中除受重力外，还受到空气施加的阻力f和偏转力f。这两个力与篮球速度v的关系大致为：f=kv，方向与篮球运动方向相反;f=kv，方向与篮球运动方向垂直。下列说法正确的是（     ）

A.k、k是与篮球转动角速度无关的常量

B.篮球可回到原高度且角速度与释放时的角速度相同

C.人站得足够高，落地前篮球有可能向上运动

D.释放条件合适，篮球有可能在空中持续一段水平直线运动

本题为2020年北京高考选择题最后一题，同样以高中阶段不涉及的內容（马格努斯效应）为背景，试题情境也更接近真实场景。

从试题情境分析来看，四个选项都没有涉及太复杂的运算，只需对题给场景进行定性与半定量分析，解析过程如表3所示，题目分析流程如图3所示。尽管涉及到了马格努斯效应，但运用高中所学的知识能较好地定性分析出来。题目设计极为巧妙，情境新颖，不超纲，又能很好地考查学生的定性与半定量思维能力。学生在学习中总会碰到书本上或当前从没碰过的问题与事物，此时要做的就是运用目前所掌握的知识对问题进行定性或半定量的分析，对问题有探索的欲望和能力。

例3 （2021年）北京高光能源是我国首个第四代同步辐射光源，计划于2025年建成。同步辐射光具有光谱范围宽（从远红外到X光波段，波长范围约为10 m～10 m，对应能量范围约为10-1 eV～10 eV）、光源亮度高、偏振性好等诸多特点，在基础科学研究、应用科学和工艺学等领域得到广泛应用。

速度接近光速的电子在磁场中偏转时，会沿圆弧轨道切线发出电磁辐射，这个现象最初是在同步加速器上观察到的，称为“同步辐射”。以接近光速运动的单个电子能量约为10 eV，回旋一圈辐射的总能量约为10 eV。下列说法中正确的是（    ）

A.同步辐射的机理与氢原子发光的机理一样

B.用同步辐射光照射氢原子不能使氢原子电离

C.蛋白质分子的线度约为10 m，不能用同步辐射光得到其衍射图样

D.尽管向外辐射能量，但电子回旋一圈后能量不会明显减小

2021年北京卷的最后一道选择题以“同步辐射光”为背景，同步辐射是高速带电粒子在磁场中运动所发出的电磁辐射，在高等教育课程《电动力学》中，学生会定量学习到高速带电粒子的辐射特点。在本题中，将“同步辐射光”提前展现在学生眼前，将背景信息与学生现有的知识有机融合，使学生定性地了解“同步辐射光”。所将要接触的知识与自己头脑中已有的知识激烈碰撞，迸发出绚丽的火花。题目将“同步辐射光”的特性、产生机理抛出，引出氢原子跃迁和衍射的相关知识，体现了知识的应用，用已掌握的知识或已形成的物理观念去了解新的事物和信息。

物理学有其定量的特色，但同时我们也不能忽略掉物理学的定性之美。定性分析与判断给物理增添了灵活性，同时也能激发学生对新事物探索的欲望。

从上面三道试题分析来看，都是以高中阶段未涉及的相关内容为背景，考查了学生对现有知识的运用。三道题都处于选择题压轴的地位上，不涉及任何的数学运算，但很好地考查了学生的物理思维和物理观念。不管是高考还是生活中，我们总会碰到新的情境、新的物理问题，一时难以下手，如果我们能用自己所学知识对新问题进行定性的判断，一切都有可能迎刃而解。在人类知识探索上，首先会对问题进行一个定性或半定量的分析。那么在平常教学中，也可以用人类已解决的但学生还没有掌握的问题来为学生提供探索的背景，使学生经历一个知识的探索过程，培养学生的物理观念和创新能力。

3    教学建议

3.1    注重探究，引发猜想

一切问题的探究由猜想开始，猜想是由以往的生活经验和现有的知识对问题可能性的判断（表4），不一定所有猜想都是正确的，所以在教学中要鼓励学生开阔思维，大胆猜想。猜想的过程，其实就是对问题进行定性分析与判断。找到问题解决的方向，进而查找证据，对问题进行更细致、更全面的探究。比如，在库仑定律的学习中，两个点电荷所受的静电力与什么因素有关，可以引导学生由所学过的万有引力定律公式类比猜想得出影响静电力的大小有可能与它们的带电量和距离有关，从而更顺理成章地设计探究实验。

3.2    用已形成的物理观念去探索新的知识

建构主义认为，要在学生的原有背景之下教学，学生是主动吸收知识的主体，而不是被动学习。教学中可以激发学生用已形成的物理观念来对新知识进行研判与获取。在原有物理观念之下，学生有意识地从物理学视角看待新问题，在新问题的解决过程中，获得新知识，并且更容易内化成新的物理觀念。

3.3    注重对问题的定性分析，不要一味陷入定量的“沼泽”

高中阶段的学习，主要还是以定量为主。学生往往容易陷入过于定量的误区，比如计算完一道题之后，不会将所得结果与现实相联系，所以经常会有离谱的答案出现，学生却没有发觉，一味地陷入定量的“沼泽”之中。所以，在学生习得相关物理公式和物理量之后，教师要注意引导学生再定性地分析物理公式和物理量，以求更好地抓住其中蕴含的物理意义。体现由定性到定量再到定性的自我否定规律（图4）。

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.

[2]沈晨.更高更妙的物理冲刺全国高中物理竞赛[M].杭州：浙江大学出版社，2007.

[3]江俊勤，姜付锦.旋转球体下落问题的研究——2020年北京高考物理第14题释疑[J].物理教师，2021，42（2）：88-91.

[4]吴广国，邹斌.2018年北京高考物理第24题解析及其教学启示[J].物理教师，2018，39（10）：80-83，86.

（栏目编辑    陈  洁）