依據(jù)創(chuàng)新實驗設(shè)計培育科學(xué)探究素養(yǎng)——2023全國乙卷第17題評析

當(dāng)以讀書通世事 2023-06-14 發(fā)布于甘肅

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一、原題呈現(xiàn)

17.一學(xué)生小組在探究電磁感應(yīng)現(xiàn)象時，進(jìn)行了如下比較實驗。用圖（a）所示的纏繞方式，將漆包線分別繞在幾何尺寸相同的有機(jī)玻璃管和金屬鋁管上，漆包線的兩端與電流傳感器接通。兩管皆豎直放置，將一很小的強(qiáng)磁體分別從管的上端由靜止釋放，在管內(nèi)下落至管的下端。實驗中電流傳感器測得的兩管上流過漆包線的電流I隨時間t的變化分別如圖（b）和圖（c）所示，分析可知

A.圖（c）是用玻璃管獲得的圖像

B.在鋁管中下落，小磁體做勻變速運(yùn)動

C.在玻璃管中下落，小磁體受到的電磁阻力始終保持不變

D.用鋁管時測得的電流第一個峰到最后一個峰的時間間隔比用玻璃管時的短

二、試題解析

強(qiáng)磁體在管內(nèi)下落時，由于管外繞有漆包線，故強(qiáng)磁體相當(dāng)于在一個線圈中下落，此時線圈會切割強(qiáng)磁體產(chǎn)生的磁感線，從而在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流，但由于開始時強(qiáng)磁體下落的速度較小，所以線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電流較小，由電磁阻尼可知，強(qiáng)磁體受到的電磁阻力也較小，故強(qiáng)磁體會在管內(nèi)做加速運(yùn)動，隨著強(qiáng)磁體的速度不斷增大，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電流也會隨之增大。但由于強(qiáng)磁體在鋁管內(nèi)運(yùn)動時，鋁管中也會因電磁感應(yīng)產(chǎn)生渦流，從而也會阻礙強(qiáng)磁體的下落，因此強(qiáng)磁體在鋁管中的運(yùn)動與在玻璃管中相比，在鋁管中會運(yùn)動的慢一些，故線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電流也會小一些，故可判斷出圖（b）為強(qiáng)磁體在鋁管中運(yùn)動時產(chǎn)生的感應(yīng)電流圖像，而圖（c）則為強(qiáng)磁體在玻璃管中運(yùn)動時產(chǎn)生的感應(yīng)電流圖像，從而判斷A選項正確；由于強(qiáng)磁體在鋁管中下落時，速度不斷變化，所受阻力也會隨之改變，故強(qiáng)磁體在下落過程中做變加速運(yùn)動，選項B錯誤；強(qiáng)磁體在玻璃管中運(yùn)動時，速度也時不斷變化的，所以強(qiáng)磁體穿過線圈時磁通量的變化率也是不斷變化的，所以電磁阻力也不同，選項C錯誤；由于強(qiáng)磁體在鋁管中受到的電磁阻力較大，在鋁管中運(yùn)動的時間較長，故用鋁管時測得的電流第一個峰到最后一個峰的時間間隔比用玻璃管時的長，選項D錯誤。

三、試題評析

該試題屬于典型的學(xué)習(xí)探索問題情境，又是一道典型的來自于教材的高考試題，該試題的原型來源于2019版新教材選擇性必修2中P29頁的“做一做”：

以及P37頁“練習(xí)與應(yīng)用”第3題：

顯然，該道高考試題就是這兩道教材習(xí)題進(jìn)行綜合之后的變形。只不過將圖2.2-1中的單匝線圈變成了多匝，將電壓表變成了電流傳感器，將記錄電壓表的示數(shù)以及發(fā)生的現(xiàn)象變?yōu)閳D（b）和圖（c）所展示的電流隨時間變化的圖像。本題與教材上的習(xí)題相比，雖然存在以上變化，但其考查的物理本質(zhì)卻是相同的。

從知識考查的角度看，本題主要是定性考查了法拉第電磁感應(yīng)定律、電磁阻尼、感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件等物理概念性的知識，不涉及計算。從核心素養(yǎng)考查的角度看，本題主要考查了物理學(xué)科核心素養(yǎng)中物理觀念中的相互作用觀和運(yùn)動觀、科學(xué)思維中的科學(xué)推理和科學(xué)論證以及科學(xué)探究中的分析與論證等要素，按照《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》中對核心素養(yǎng)不同維度的分級水平，微主認(rèn)為此題中所考查的物理學(xué)科核心素養(yǎng)的不同要素均達(dá)到可三級或四級水平，這個要求正是高考所要達(dá)到的要求；從考查能力的角度看，本題主要考查考生的理解能力、模型建構(gòu)能力、推理論證能力、創(chuàng)新能力和實驗?zāi)芰?，高考物理的五大能力幾乎全部都涉及到，微主認(rèn)為這才是高水平的物理試題，雖然沒有計算在內(nèi)，但通過定性考查，可以很好地反映出考生的物理學(xué)科素養(yǎng)水平的高低。

在選擇題中出現(xiàn)此類實驗類的試題，印象中在河南使用的高考理綜物理試題中還是首次出現(xiàn)，這是一個值得我們注意的高考動向，這里面是否有命題專家有意識地將老教材老高考向新教材新高考過渡的思考？

有意思的是，在今年全國甲卷的物理試題中，也出現(xiàn)了與該題幾乎完全相同的試題，即全國甲卷21題：

看來，全國甲卷和乙卷應(yīng)該是出自同一個命題團(tuán)隊吧。

但此題微主也有兩個疑問（可能是想的太多了?。阂皇窃擃}的題干在描述強(qiáng)磁體時，指出其是一個很小的強(qiáng)磁體在管中下落，如果該強(qiáng)磁體比管的內(nèi)徑小很多，也就是說，管的內(nèi)部相對于強(qiáng)磁體的線度來說相當(dāng)“空曠”，從實驗操作的角度，強(qiáng)磁體是有可能會發(fā)生轉(zhuǎn)動的，那么在這種情況下還能得到圖（b）或圖（c）中的感應(yīng)電流曲線么？估計很懸。所以教材上對這個問題表述的就比較嚴(yán)謹(jǐn)，如在P37頁第3題中就特別指出：圓柱形永磁體的直徑略小于鋁管的內(nèi)徑，這樣的表述就比較嚴(yán)謹(jǐn)，避免了永磁體在鋁管內(nèi)下落時翻轉(zhuǎn)的情況出現(xiàn)。二是圖（b）和圖（c）中感應(yīng)電流的圖像，這兩個圖像是命題人根據(jù)該實驗從理論上推導(dǎo)出來的，還是根據(jù)真實的實驗得出的？微主沒有實驗驗證的結(jié)果，所以不敢斷言，但感覺應(yīng)該是根據(jù)真實的實驗得出的，否則萬一出了問題，那豈不是要..........！

四、教學(xué)啟示

1.重視教材

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來自：當(dāng)以讀書通世事 > 《074-物理》

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