高考物理能力型试题特点分析与解题指导
高考物理能力型试题特点分析与解题指导
淳安中学物理组王红良
论文摘要：本文通过对2003年高考物理试题特点和考生解题情况的分析基础上提出问题，即如何更加准确地把握高考物理试题的特点和命题趋势，揭示高考物理试题的解题规律，以加强考前复习的针对性，提高学生解题能力。文章以《2003年考试说明》为依据将高考物理能力型试题分成一般性试题、设计性实验题、信息题三大部分。一般性试题根据解题一般过程将其特点分为条件模糊性、策略多样性、结论多元性、知识综合性四部分。信息题则从材料信息化、信息量、物理模型的构建三个方面进行解题指导。设计性实验题主要从实验的基础、实验的核心和实验的途径三方面进行阐述。
问题提出: 2002年全国各地高考物理试题在遵循高考改革的总原则及《考试说明》的基础上，保持稳定，继续注重基础知识，加强能力考查，进一步注重理论联系实际，加强考查考生的独立思考问题的能力、利用所学知识获取新信息来解决问题的能力。2003年的《考试说明》更加明确提出高考物理命题要本着考查学生的理解能力、推理能力、设计和完成实验的能力、获取知识的能力、分析综合能力为原则。可见试题突出开放性、设计性和信息化的特点是改革的趋势，“能力”两个字是高考试题的核心。但在答卷中也反映出很多问题。主要表现为基础知识不扎实，对概念和规律的理解不深刻；理论联系实际的能力偏低；应用数学解决物理问题的能力差；实验能力还需要大大加强。本文着重以试题所创设的背景模型和考查目的为依据从一般性试题、信息题、实验题三个方面进行分析。
一、一般性试题
一般性试题实际上是传统试题在新的社会形势、人才观念的要求下而进行改革的产物。如果说传统物理试题中物理概念、规律跟所求解的问题发生直接对接的话，那么改革后的试题就不存在这种直接性，从试题的物理背景、研究对象、运动过程和状态到题目结论都可能需要学生进行理解、推理、辨析、抽象和综合后才能建立起相应的物理模型。这类试题常被称为“常规性试题”，它的特点主要表现为以下几方面。
1. 条件模糊性
这种类型的考题是给定结论来探求满足结论的条件，而满足结论的条件可能有多余或暂缺或隐含不明确，使学生抓不住关键，无从下手。这类题常以基本知识为背景加以设计而成，主要是考查学生的基础知识掌握程度和归纳探索能力。
例1、（96全国）一物体作匀变速直线运动，某时刻速度的大小为4米/秒，1秒钟后速度的大小变为10米/秒。在这1秒钟内该物体的( )。
(A)位移的大小可能小于4米 (B)位移的大小可能大于10米
(C)加速度的大小可能小于4米/秒2 (D)加速度的大小可能大于10米/秒2
分析：题目中有“速度大小”和“可能”几个关键词，这隐含着题目只告诉我们匀速直线运动的速度大小，还要考虑方向。这要求考生充分理解“速度”这一物理量的完整含义，从中领会出解题思路。本题选AD。
解题指导： 要重视题设条件在解题中的作用和地位。
第一，剔除多余条件，防止走入解题的歧途。这就要求考生对概念要理解充分，对规律运用要恰当熟练。
第二，要既不盲从也不掉以轻心，凡是大小和方向连同考虑的物理量（矢量和部分标量，如磁通量），要知其一，还要知其二，全面思考；对减速，追及相遇问题，题设的运动学量应推敲其客观性和可行性，要全局思考；圆周运动、波动问题，应周密思考其周期性特征，把握题设条件；透镜成象的放大缩小、实象与虚象，都要完整地思考。一句话，用“可能”理念充分认识题设条件，最大限度地挖掘题设中的隐含条件，这样才能展开广泛的思维。
第三，理论联系实际，因为有很多物理条件都可以从日常生活的经验中找到，或可由特殊的数学运算技巧避开，或能从题中的习惯用语中寻找到。
2、方法多样性
这种类型的考题要求学生依据题目提供的题设信息，寻找切合实际的多种途径解决问题，具体表现为一题多解，主要考查学生对物理概念和物理规律的逻辑结构网络的内化程度，考查学生在思维上的敏捷性、探究性、创造性和简约性。
例2、(98全国)一段凹槽A倒扣在水平长木板C上，槽内有一小物块B，它到槽两侧的距离均为L/2，如图所示。木板位于光滑水平的桌面上，槽与木板间的摩擦不计，小物块与木板间的摩擦系数为μ．A、B、C三者质量相等，原来都静止．现使槽A以大小为V0的初速向右运动，已知V0<。当A和B发生碰撞时，两者速度互换。求从A、B发生第一次碰撞到第二次碰撞的时间内，木板C运动的路程．
B
C
A
L
L
分析：
解法一：（用动能定理）A与B刚发生第一次碰撞后，A停下不动，B以初速向右运动．由于摩擦，B向右作匀减速运动，而C向右作匀加速运动，两者速率逐渐接近．设B、C达到相同速度v1时B移动的路程为s1．设A、B、C质量皆为m，由动量守恒定律，得mv0=2mv1 ①
由动能定理关系，得 ②
由①得V1= ,代人②式，得
根据条件V0<，得 ③
可见，在B、C达到相同速度v1时，B尚未与A发生第二次碰撞．B与C一起将以v1向右匀速运动一段距离（L-S1）后才与A发生第二次碰撞．设C的速度从零变到v1的过程中，C的路程为s2．由功能关系，得④
解得
因此在第一次到第二次碰撞间C的路程为 ⑤
解法二：（用功能原理） mv0=2mv1 故 V1=
设d为B和C之间的相对位移，由功能关系得：
又 d+s=L
解法三：（用动量定理） mv0=2mv1 故 V1=
设t为B和C相对运动的时间，由动量定理，对C：
t
C
B+C
B
V0
O
v
t
解法四：（用图象法） B与C相互作用的过程中，B做匀减速直线运动，C做初速为零的匀加速直线运动，将次过程画成v-t图线，如图
C物体的位移为B的位移L减去阴影部分的位移
又V1= =μgt
解题指导：本题属多个物体相互作用的力学综合题，解题过程中巧妙地应用了整体法、隔离法。解法一是常规解法，运算较繁，但解法一更具有物理价值。解法二是要求熟练运用功能原理。解法三是利用动量定理结合匀变速运动的规律，难度较大。解法四是巧用（V-t）图像的几何解法,最简便，但技巧性强，不易掌握。
在解决动力学中相互作用问题时有三大观点。解题时优先考虑从动量角度（动量守恒定律和动量定理），涉及功能转化的则考虑能量观点（机械能守恒定律、能量守恒定律、动能定理、功能原理），如果是匀变速运动问题或是要求加速度，还可以用牛顿运动定律和运动学公式。在逻辑思维中可考虑形象思维（物理图像、图形）、习惯性思维的同时，还要考虑特殊方法（整体法、隔离法、假设法、微元法、临界法、极值法）。本着正确、简捷、物理意义明确的要求，活化解题思路，选取最佳方法。
3. 结论多元性
这种类型的试题是在给定条件下探索结论的多样性，主要考查学生的发散思维能力、应用能力和创新精神，通过训练还能克服思维定势的负面影响，培养学生创造性思维。
a
例3、（02上海）如图所示，两条互相平行的光滑金属导轨位于水平面内，距离微L=0.2m，在导轨的一端接有阻值为R=0.5Ω的电阻，在x≥0处有一水平面垂直的均匀磁场，磁感强度B=0.5T。一质量为m=0.1kg的金属直杆垂直放在导轨上，并以v0=2m/s的速度进入磁场，在安培力和一个垂直于杆的水平外力F的共同作用下做匀速直线运动，加速度大小为a=2m/s2、方向和初速度方向相反。设导轨和金属杆的电阻都可忽略，且接触良好，求：⑴电流为零时金属杆所处的位置；⑵电流为最大值的一半时，施加在金属杆上的外力F的大小和方向；⑶保持其他条件不变，而初速度v0取不同的值，求开始时F方向和初速度v0的取值的关系。
R
L
B
V0
分析：①感应电动势ε=BLV，I=ε/R，
x
∴I=0时，V=O
O
∴ x=V02/2a =1米
②最大电流Im=BLV0/RI’=Im/2=BLV0/2R 安培力f= I’BL= B2L2V0/2R=0.02牛顿
Ⅰ、向右运动时 F+f=ma ，F=ma-f=0.08 牛顿 ，方向与x轴相反
Ⅱ、向左运动时 F-f=ma ，F=ma+f=0.22牛顿 ，方向与x轴相反
③开始时V=V0，f= ImBL= B2L2V0/R
F+f=ma ，F= ma -f= ma - B2L2V0/R
Ⅰ、当V0
0，方向与x轴相反
Ⅱ、当V0>maR/ B2L2=10m/s时，F<0，方向与x轴相同
解题指导： 这类题近几年考得比较多，如00年全国卷第19题，96全国第25题，等等。结论多元化也就是指在解答开放题时往往可以得到并列的多个答案，它一般是由于题设条件的隐含性或过程的可能性所致。如上题第②中，当电流为最大值的一半时，施加在金属杆上的外力F的大小和方向有两种情况，第③
题中加速度a不变时，外力F的方向和大小也有两种情况，只有充分认识到力F和加速度a的矢量性及其制约关系，才能完全挖掘其中的多种可能性。所以，解题时要认真审题，仔细分析过程，尽可能获取与题意相符的信息，分清可能的物理过程或运动状态，必要时可作示意图辅助解题，从而建立正确的物理模型，保证解题的完整性。
4. 知识综合性
能力性题在考查学科知识的基础上，更着重考查利用相关学科知识综合解决实际问题的能力，强调学科内部综合的同时更强调学科间的相关内容的渗透、交叉和融合。能力题的“能力”的含义之一就是突破传统的学科本位思想，达到各个学科的综合，并最终实现理论联系实际的素质教育要求。
例4、（99全国保送）若近似认为月球绕地球公转与地球绕太阳公转的轨道在同一平面内，且均为正圆，又知道这两种转动方向，如图，月相变化的周期是29.5天，（图中是相继两次满月时，月、地、日相对位置的示意图），求：
（1） 月球两次满月时，地球转过的角度？
（2） 月球绕地球转一周所用的时间T（因月球总是一面朝向地球，故T恰是月球的自转周期）
满月
满月
29.5天
太阳
分析：（1）地球公转时，
（2）
解题指导：上述试题是一道涉及地理现象、物理原理和数学方法的综合性试题。目前理科综合考试中学科间综合的情况非常少，但强调与各学科相互渗透将逐渐成为一种趋势。同时在立足于学科内综合的基础上，加强考查理论联系实际的能力。这类试题往往以现实问题立意命题，通过叙述物理情景并设问，要求考生通过分析，从实际的物理情景中抽象出物理模型，再从物理模型中分析其中的物理规律、各物理量的变化和相互之间的关系，最后建立数学关系式进行求解。通过这样的试题的考查，一方面能够较好地鉴别考生理解和掌握所学知识的水平。另一方面能较好地引导教学中注重理论联系实际，培养学生灵活应用知识的能力。近几年的高考传统试题中此类题目改革已呈现出以下几种类型。
（1） 与日常生活相联系。如1996年上海卷的选择题估算家用白炽灯的正常发光时的电流电流强度大小。1998年上海卷填空题的电梯载人问题。
（2） 与交通安全相联系。如1999年全国卷第21题的汽车相撞问题。
（3） 与体育运动相联系。如2002年全国理综卷第26题关于运动员在蹦床中受作用力的问题。
（4） 与天文现象相联系。如1997年全国卷第20题的月地距离问题，2000年春季安徽卷填空题的地核平均密度问题。2002年上海卷第8题的太阳东升西落问题。
（1） 与用电常识相联系。如1999年全国卷第7题的台灯功率的电路问题。2000年春季安徽卷的检测通讯电缆漏电问题。2002年全国理综卷第27题关于电视机显象管中电子束的偏转问题等。
（2） 机械装置问题。如2002年上海卷第21题的自行车转动系统分析及第16题的光脉冲测量车速和行程问题等。
（3） 与高科技相联系的问题。如1995年全国卷的磁流体发电机问题，1998年上海选择题的卫星发射轨道问题等。
二、信息题
信息题不同于一般的理论联系实际问题。它会在题设中给出一些新信息—学生未学过的知识、方法，这些信息对于学生来说高度陌生，解题时，学生现学现用，对学生自学能力和独立解决问题的能力要求非常高。如1998年上海卷的哈勃常数问题，2000全国卷的光子动量、宇称不守恒、霍尔效应、氯化钠结和能、弹簧自锁等问题。它主要有以下几个特点：
1、 材料信息化。信息题大都以现实生活中的具体问题和现代科学技术的实际例子，尤其是与人们生活息息相关的热点问题和现代科学的经典实例为背景组织材料并提出问题，如能源问题、航天问题等，题目具有浓厚的生活气息和时代感，要求考生具有较高的知识应用能力和获取信息．
2、 题目的信息量大。信息题中的新材料作为物理问题的新载体，具有信息量大、内容丰富的显著特点．从信息内容看，既包含构成生活事实和科技实例必不可少的背景信息，也包含构成物理问题的条件和关系等信息．从信息给予方式看，既有以文字语言给出的信息，也有同时应用图象、图表、公式等方式给予信息．
3、 物理模型的探究性。题目中的物理对象、物理过程和情景以及要解决的问题隐含在生活、科学事实中，具有隐蔽的特点，其物理过程和情景更需要考生去独立发现，并不是像以往的习题和考题，考生所面对的大都是抽象的物理模型，如小球、光滑斜面、轻杆、轻绳等，直接的物理过程如追赶、碰撞、爆炸、简谐运动等。
简而言之就是以新背景材料为载体，以知识的理解为基础，考查学生获取新信息来解决问题能力，从而综合地反映出被试者的素质。
例5、（00上海）阅读如下资料并回答问题：自然界中的物体由于具有一定的温度，会不断向外辐射电磁波，这种辐射因与温度有关，称为势辐射，势辐射具有如下特点：辐射的能量中包含各种波长的电磁波；物体温度越高，单位时间从物体表面单位面积上辐射的能量越大；
在辐射的总能量中，各种波长所占的百分比不同。处于一定温度的物体在向外辐射电磁能量的同时，也要吸收由其他物体辐射的电磁能量，如果它处在平衡状态，则能量保持不变，若不考虑物体表面性质对辐射与吸收的影响，我们定义一种理想的物体，它能100%地吸收入射到其表面的电磁辐射，这样的物体称为黑体，单位时间内从黑体表面单位面积辐射的电磁波的总能量与黑体绝对温度的四次方成正比，即，其中常量瓦/（米2·开4）。
在下面的问题中，把研究对象都简单地看作黑体。有关数据及数学公式：太阳半径千米，太阳表面温度开，火星半径千米，球面积，，其中R为球半径。
（1）太阳热辐射能量的绝大多数集中在波长为2×10－9米~1×10－4米范围内，求相应的频率范围。
（2）每小时从太阳表面辐射的总能量为多少？
（3）火星受到来自太阳的辐射可认为垂直射可认为垂直身到面积为（为火星半径）的圆盘上，已知太阳到火星的距离约为太阳半径的400倍，忽略其它天体及宇宙空间的辐射，试估算火星的平均温度。
分析：解答本题首先要能从题设中找出有用信息，如“它处在平衡状态，则能量保持不变”、“单位时间内从黑体表面单位面积辐射的电磁波的总能量与黑体绝对温度的四次方成正比，即”；然后建立太阳能量辐射的物理模型。设火星表面温度为T‘，太阳到火星距离为，则
火星单位时间内吸收来自太阳的辐射能量为
而火星单位时间内向外辐射电磁波能量为
火星处在平衡状态
从而解得火星平均温度（开）
解题指导：求解这类能力型试题，需要学生具有处理信息和运用信息的能力。一般可分为三类：（1）中学物理课本中的“不完整问题”。如用引力势能求解
第二宇宙速度。（2）与近代物理和天体物理结合的题型。如热核反应和量子隧道效应及卫星发射的变轨问题等。（3）用假设来定义新概念、新事实、新规律的试题。如假定光子能从高空自由下落，求运动过程中光子能量、频率、波长的变化。
解题一般按如下规律：（1）阅读理解，提取有用信息；（2）合理取舍，建立物理模型
在教学过程中应要求学生做好以下工作 ：
1．认真学好基本知识、基本概念，牢牢掌握物理规律，是求解信息题的基础．一些信息题表面上看题目很长，但这些问题的物理实质、物理模型往往较简单，大部分文字只是基于对生活背景和科技事件的完整性、严密性的必要表述，涉及到科技实例的信息题往往起点很高，但其落点往往较低，只需用学过的物理知识即可顺利解决。
2．认真学好课本中的一些典型物理模型．如上述试题中日地能量辐射模型，实际上就是一个天体运动的物理模型。物理模型是建立物理概念和规律，研究自然科学问题的常用方法．我们要了解一些重要模型的建立过程，如质点、点电荷、自由落体运动、碰撞、原子核式结构模型等，了解在建模过程中的研究方法和物理思想，这些方法和思想对具体建模提供主要的思路．此外，还要做一些必要的综合题，进一步培养、训练建模能力。
3．关注生活，关注社会的热点、焦点问题，增加课外阅读，如科普刊物，报纸和电视的科技栏目，特别是有关高新科技的报道分析，了解一些科学新实验的原理和方法，了解其对未来社会可能产生的影响，如光纤通信、纳米材料、超导磁悬浮列车等。努力开拓视野，把目光从狭窄的课本知识中解脱出来，只有这样才不至于对题目中的名词和事件感到处处陌生，甚至连题目也读不懂，才能做到解题时胸有成竹，游刃有余。
三、设计性实验
实验是物理学的基础，培养创新精神和实践能力是素质教育的重要内容。设计性实验题从内容和形式上突破了大纲和教材对实验的素服，有助于培养学生基本的实践能力，增强实验过程的探究性，扭转实验教学中照着样子作实验，依靠死记硬背应付考试的现象。它与基础性实验不同之处就表现在它的拓展性。这类试题是目前高考中实验命题的趋势。但该类试题难度大，得分率，是考生最惧怕的一种题型。
例6、（00上海）现有一根粗细均匀长约40厘米，两端开口的玻璃管，内有一小段水柱，一个弹簧秤，一把毫米刻度尺，一小块橡皮泥，一个足够高的玻璃容器，内盛有冰和水的混合物，选用合适的器材，设计一个实验，估测当时的室内温度，要求：（1）在右边方框中画出实验示意图；（2）写出要测定的物理量
，写出可直接应用的物理量 ，（3）写出计算室温的表达式 。
分析：本题是测量温度，却给出了弹簧称和刻度尺。这种物理思维迁移能力正是能力型试题所需要考查的。我们在看到刻度尺时就要能从一般温度计的刻度标法中迁移过来，然后结合气体定律中的等压变化就不难得出结论：T=T0L/L0（其中T0是冰水混合物的温度，L0在冰水中的气柱长度）
解题指导：设计性实验是基础性实验的实验方法、实验理论、操作方法、实验过程及物理基本原理在新的物理情景中的一种变式。因此，要在学习中领会以下几方面的内容。
1、理解物理规律是基础。设计性实验中所涉及的物理模型仍然是物理基本规律的运用。如例题中所用的就是气体的等压变化规律。
2、实验原理是核心。通过对实验情景的理解和推理结合物理学基本规律建立起实验模型，从而确定实验方案。
3、物理实验基本思想方法和仪器的使用是途径。在研究多个量的关系时，可以利用控制变量法；研究物体运动的时空关系时，可以采用留迹法；在研究理想模型时可以用等效转化或仿真模拟的方法；为了减小实验误差可以采用累积法；为了直观反映物理量之间的关系时，可以用作图的方法；对实验方法、步骤的设计，要学会进行放大测量；把直接测量转化为间接测量；把复杂设计分化为多个简单设计等等。对实验仪器的性能、用途要有充分认识，如打点计时器可以测量时间，也可以记录物体运动的空间位置，还可以计算加速度和速度，如1997年全国卷的求斜面与小车的滑动摩擦因数问题，2002年广东卷的求转轮的角速度问题等。
但设计性实验中所采用的实验原理、实验方法、实验仪器都来自于课内演示实验和分组实验。因此在学习和教学中仍然是要立足于课内实验。对教材中的基本实验原理、技能、方法一定要掌握的熟练深刻。
参考文献：
1、《2003普通高等学校招生全国统一考试说明》 高等教育出版社
2、尚修文《如何编制信息给予题》 中学生学习报社
3、张建明《开放型物理试题特点》 陕西师范大学杂志社
