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2024届高考物理复习专题 ★★ 情境化试题研制与思考
一、情境化试题含义：
情境化试题是指以自然界与社会生产生活中客观存在的现象或过程为背景材料，将已知和未知的物理量赋予真实情境，全方位关联物理知识的一类试题；主要考查学生对物理概念、物理规律的理解与解决实际问题的能力。
情境化试题是介于“原始物理问题”与经过简化、抽象的“纯物理问题”之间的理论联系实际的试题。
情境化试题能够较好地考查学生获取和处理信息能力，分析和解决问题能力；通过情境化试题对学生的学科素养进行考查，己成为高考命题改革的新动向。
应用物理知识解决具体问题应结合具体的实际情境。
试题的情境要具有一定的问题性、真实性、探究性或开放性 。
----《普通高中物理课程标准(2017)》
1.情境设置具有真实性和实用性
二、情境化试题特点
情境化试题通常取自于生产、生活实际情景，设置的问题也紧扣实际，这类试题引导学生在学习过程中树立“从生活走向物理，从物理走向社会”的实践意识。
例1：（2021年全国甲卷）“旋转纽扣”是一种传统游戏。如图，先将纽扣绕几圈，使穿过纽扣的两股细绳拧在一起，然后用力反复拉绳的两端，纽扣正转和反转会交替出现。拉动多次后，纽扣绕其中心的转速可达50r/s，此时纽扣上距离中心1cm处的点向心加速度大小约为（　　）
A. 10m/s2 B. 100m/s2
C. 1000m/s2 D. 10000m/s2
【答案】C
例2（2021年广东卷）由于高度限制，车库出入口采用图所示的曲杆道闸，道闸由转动杆OP与横杆PQ链接而成，P、Q为横杆的两个端点．在道闸抬起过程中，杆PQ始终保持水平．杆OP绕O点从与水平方向成30°匀速转动到60°的过程中，下列说法正确的是
A. P点的线速度大小不变
B. P点的加速度方向不变
C. Q点在竖直方向做匀速运动
D. Q点在水平方向做匀速运动　
答案：B
例3：（2021年广东卷）为方便抽取密封药瓶里的药液，护士一般先用注射器注入少量气体到药瓶里后再抽取药液，如图所示，某种药瓶的容积为0.9mL，内装有0.5mL的药液，瓶内气体压强为1.0×105 Pa．护士把注射器内横截面积为0.3 cm2、长度为0.4 cm、压强为1.0×105 Pa的气体注入药瓶，若瓶内外温度相同且保持不变，气体视为理想气体，求此时药瓶内气体的压强．
答案：1.3×105 Pa
2.信息呈现具有多样性和关联性
情境化试题信息载体包括文字、图片（表格）、示意图、公式等形式，可以是单纯的文字形式呈现信息，也可以是文字与其它形式组合呈现信息，要求学生在处理问题时应注意不同信息载体间的联系。
例4．(2021年全国乙卷)水平地面上有一质量为m1的长木板，木板的左侧有一质量为m2的物块，如图（a）所示。用水平向右的拉力F作用在物块上，F随时间t的变化关系如图（b）所示，其中F1、F2分别为t1、t2时刻F的大小。木板的加速度a1随时间t的变化关系如图（c）所示。已知木板与地面间的动摩擦因数为 1,物块与木板间的动摩擦因数为 2，假设最大静摩擦力均与相应的滑动摩擦力相等，重力加速度大小为g。则（　　）
，
答案：BCD
例5．（2013年全国卷I）如图是伽利略1604年做斜面实验时的一页手稿照片，照片左上角的三列数据如下表。表中第二列是时间，第三列是物体沿斜面运动的距离，第一列是伽利略在分析实验数据时添加的。根据表中的数据，伽利略可以得出的结论是
A．物体具有惯性
B．斜面倾角一定时，加速度与质量无关
C．物体运动的距离与时间的平方成正比
D．物体运动的加速度与重力加速度成正比
答案：C
3.试题条件具有相关性和隐蔽性
情境化试题所提供的信息主要是为了陈述物理事实、阐明物理过程，其中有些信息不仅对问题的解决没有帮助，还可能对分析问题造成干扰；另由于试题涉及的情境往往显得“陌生”，条件隐蔽，造成学生在解决问题时往往会出现“条件不足”的困惑、假象。
例6：（2009年重庆卷）探究某种笔的弹跳问题时，把笔
分为轻质弹簧、内芯和外壳三部分，其中内芯和外壳质量分
别为m和4m。笔的弹跳过程分为三个阶段：①把笔竖直倒立
于水平硬桌面，下压外壳使其下端接触桌面（图a）；②由静
止释放，外壳竖直上升至下端距桌面高度为h1时，与静止的内
芯碰撞（图b）；③碰后，内芯与外壳以共同的速度一起上升
到外壳下端距桌面最大高度为h2处（图c）。设内芯与外壳的撞击力远大于笔所受重力、不计摩擦与空气阻力，重力加速度为g。求：
（1）外壳与内芯碰撞后瞬间的共同速度大小；
（2）从外壳离开桌面到碰撞前瞬间，弹簧做的功；
（3）从外壳下端离开桌面到上升至h2处，笔损失的机械能。
4.问题解决具有迁移性和拓展性
解答情境化试题，往往不能直接运用所学知识进行解答，需要根据问题情境进行迁移；因此，面对新的物理情境，要注意挖掘题目的隐含条件，善于联系所学的知识和方法，强化思维的迁移与拓展。
例7：电容器固定在绝缘座上，绝缘座放在光滑水平面。电容器板间距离d，右板有一小孔，一绝缘杆穿过小孔，左端固定在左极板上，电容器两极板连同底座、绝缘杆总质量M=3m，有质量m、带电荷量+q的环套在杆上，以某初速度v0从杆右端对准小孔向左运动。假设带电环不影响电容器板间电场分布，两极板间电场为匀强电场，电容器外部电场和接触面摩擦均忽略不计。带电环进入电容器后距左板最小距离为d/2
（1）带电环距左板最小距离时的速度大小？
（2）电容器板间的场强大小？
（3）带电环离开电场时速度？
答案： （1）V0/4 （2）3mV02/4qd （3）V0/2
例8：（2021年广东卷）某兴趣小组测量一缓冲装置中弹簧的
劲度系数，缓冲装置如图8所示，固定在斜面上的透明有机玻璃
管与水平面夹角为30°，弹簧固定在有机玻璃管底端，实验过程
如下：先沿管轴线方向固定一毫米刻度尺，再将单个质量为200g
的钢球(直径略小于玻璃管内径）逐个从管口滑进，每滑进一个钢
球，待弹簧静止，记录管内钢球的个数n和弹簧上端对应的刻度尺
示数Ln，数据如表1所示，实验过程中弹簧始终处于弹性限度内．
采用逐差法计算弹簧压缩量，进而计算其劲度系数．
（1）利用ΔLi＝Li＋3－Li，（i＝1，2，3）计算弹簧的压缩量：ΔL1＝6.03cm，ΔL2＝6.08cm，ΔL3＝ cm，压缩量的平均值
（2）上述是管中增加 个钢球时产生的弹簧平均压缩量；
（3）忽略摩擦，重力加速度g取9.80m/s2，该弹簧的劲度系数为 N/m(结果保留3位有效数字)．
逐差法拓展应用
答案：(1)6.04 6.05 (2)3 (3)48.6
三、情境化试题研制原则
1、思想性
试题中背景材料的选取、任务的设置，有利于学生积极情感和正确价值观的引导和培育；要体现国家意志、展现国家形象、凝聚国家力量，唱响主旋律、弘扬真善美、传播正能量。
注意试题中的背景从来都不是中立的；主题、图片、支持工具、场所等都要求设计者精心选择，通过情境渗透其中的育人功能。
2、新颖性
（1）背景材料的新颖性；（2）考查角度的新颖性。
3、原创性
拒绝抄袭，体现命题者自己的思考、灵感。
5、相关性
4、严谨性
试题内容要言简意赅、通俗易懂、信息准确、提示到位。
试题问题的设置要科学，做到指向具体、限制明确，与背景材料和物理学科知识有较高的关联度;
（1）试题立意体现试题设计的考查目标，是整个试题设计的指导思想，是背景材料选取和情境任务设置的共同主题;
（2）背景材料是构建情境任务，以及学生综合运用知识和技能完成情境任务的基础;
（3）情境任务是在背景材料潜在的多样挑战中，根据试题立意为学生设置的有待解决的问题，情境任务既体现试题立意，又能使背景材料的潜在挑战明晰化。
四、情境化试题研制流程
选择背景材料
确定试题立意
确定情境任务
选择背景材料
1、日常生活
2、教材内容
3、热点问题
4、有关文献
《天工开物》《来耜经》《梦溪笔谈》《墨经》《自然哲学的数学原理》等
4、试题、习题
例9：图为一辆熄火在公路上的大卡车，正被一辆小轿车从后面推回城里。在汽车推着卡车试图加速到某速度前进的过程中……(后续问题略)
1、情境内容虚假
五、情境化试题研制常见问题
例10：国家大科学过程——中国散裂中子源（CSNS）于2017年8月28日首次打靶成功，获得中子束流，可以为诸多领域 研究和工业应用提供先进的研究平台，下列核反应中放出的粒子为中子的是
A. 俘获一个α粒子，产生 并放出一个粒子
B. 俘获一个α粒子，产生 并放出一个粒子
C. 俘获一个质子，产生 并放出一个粒子
D. 俘获一个质子，产生 并放出一个粒子
【答案】B
2、情境材料与解题所需信息分离
例11：下列说法正确的是（ ）
A．图1为2022年北京冬奥会开幕式上“一只都不能少”的鸽子，研究鸽子运动轨迹时不能把鸽子看成质点
B．图2是中国运动员谷爱凌在北京冬奥会自由式滑雪女子大跳台中做出了向左偏转偏轴转体1620，加安全抓板的动作，获得金牌，研究谷爱凌在空中抓板动作时可以把她看成质点
C．图3是17岁的中国运动员苏翊鸣夺得北京冬奥会单板滑雪男子大跳台金牌，研究苏翊鸣空中转体动作时可以把他看成质点
D．图4是北京冬奥会短道速滑项目混合团体接力决赛中，中国队夺得冠军，研究运动员比赛中的路径时，可以把运动员看成质点
图1 图2 图3 图4
3、情境呈现的图表多余
例12：如图1所示，用电动势为E、内阻为r的电源，向滑动变阻器R供电。改变变阻器R的阻值，路端电压U与电流I均随之变化。
（1）根据闭合电路欧姆定律，推导路端电压U
随电流I的变化关系式；
（2）以U为纵坐标，I为横坐标，在图2中画出
变阻器阻值R变化过程中U-I图像的示意图，并说
明U-I图像与两坐标轴交点的物理意义；
（3）a.改变变阻器R的阻值，电源的输出功率也将发生变化，请推导该电源对外电路能够输出的最大电功率及条件；
b.实验过程，改变变阻器R的阻值，发现阻值为R1时和阻值为R2时，电源的输出电功率相同，请通过计算说明阻值R1、R2与电源内阻r之间的关系；（ ）
c.如果将R1、R2串联后接入该电源的输出功率为P1，将R1、R2并联后接入该电源的输出功率为P2，请通过计算说明电功率P1与P2之间的关系。（P1＝P2）
4、不符合深度改编标准
例13：电动车新国标凝聚着我国电动自行车行业的整体智慧和力量，结合中国国情，同时涵盖了车辆管理的要求，并吸取了国外先进的电动自行车标准，提出了更科学、更安全、更先进、更有操作性的标准条款。下列表格里是新国标电动自行车的主要技术参数。
甲同学家里有台m=55kg的电动自行车。为了验证是否符合新国标，甲同学设计如下实验。在封闭路段把车开至最高速后经过一标志物开始紧急刹车，记录刹车距离为3.6m。已知紧急刹车时受到的阻力是人与车总重的0.5倍，正常行驶
过程中受到的阻力是人与车总重的0.05倍。甲
同学M=65kg，重力加速度g取10m/s2。请通过
计算说明这台电动自行车的车速和电机功率是
否符合新国标。
整车质量 ≤55kg 蓄电池工作电压 ≤48V
最高车速 ≤25km/h 电机功率 ≤400W
具备脚踏骑行功能 5、情境文字表述累赘
某同学为了检测家里的电动自行车是否符合新国标，设计了如下实验。
电动车新国标于2019年4月15日正式实施,下列表格里是新国标电动自行车的主要技术参数。
查阅有关资料，测试路面
例14：水车，灌溉工具，是古代中国劳动人民，充分利用水力发展出来的一种运转机械。水车作为中国农耕文化的重要组成部分，它体现了中华民族的创造力，见证了中国农业文明，为水利研究史提供了见证。如图，水车半径为R=1m，水车外表面刚好与水面相切，水渠离水面高度H=2.25m，假设水柱从水渠水平流下，单位面积为s=100cm2，垂直打在与竖直面成θ=370角的叶片上（叶片的面积略大于水柱面积），水流冲击叶片后，在垂直叶片方向水的速度变为零，在平行于叶片方向朝四周散去。忽略空气阻力。已知水的密度ρ=1.0X103kg/ m3，重力加速度大小为g=10m/s2。求：
（1）水柱刚从水渠流出的速度。
（2）水流对叶片的冲击力。
水车是古代中国劳动人民发明的灌溉工具,如图为其工作原理示意图。
例15：如图1所示为首钢滑雪大跳台，别名“雪飞天”，是北京2022年冬奥会自由式滑雪和单板滑雪比赛的场地。把运动员整个滑雪过程可以简化为图2所表示的物理过程。已知倾斜滑道AB长为L1=45m，倾角θ=53°，滑雪板和滑道之间的动摩擦因数为μ=0.2，运动员从倾斜滑道AB上滑出后，恰好可以压着切线方向进入四分之一光滑的滑道BC，圆弧轨道BC的半径R=3.25m，接着从C点离开滑道BC，在空中运动过程可以看成是斜抛运动，然后落到C点正下方的倾斜滑道DE上面P点（图中未画出），如果落到倾斜滑道DE上后立刻沿着DE继续向下运动，其速度为落到斜面上速度的0.5倍，在滑道DE上减速滑行时的加速度a1=0.9m/s2，滑道DE长度为L2=100m。倾斜滑道DE和水平滑道EF中间平滑连接，在水平滑道上减速滑行时的加速度a2=4m/s2，运动员最终停在水平滑道EF上。滑道DE的倾角为α，已知cosα=0.9，忽略其它阻力。
（1）运动员从A点由静止开始下滑，则运动员到达C点
时的速度大小为多少？
（2）如果某次比赛中运动员从A点由静止开始下滑，到
达C点后做斜抛运动，落到倾斜滑道DE上，总共用时3.5s。
则运动员最后停在水平滑道EF上时距离E点的距离。
6、模型建构错误
例16：2022年世界第24届冬季奥林匹克运动会在北京举行，下图是短道速滑女子1500米决赛运动员冲过弯道时的照片，所有运动员在很短Δt内单脚着地并且手未触及地面，她们都沿半径大小为R圆形弯道以各自最大的速度匀速率滑行。这时刻中国运动员身体右侧面与竖直方向的夹角为θ。由于冬奥会速滑冰鞋的冰刀管呈圆弧形刀根，现把人与冰面的接触理想化成铰链模型。已知圆弧形刀根与地面的动摩擦因素为 ，则关于运动员在Δt内的运动下列说法正确的是 （ ）
A.速率越大的运动员身体左侧面与水平冰面的倾角越大
B.中国运动员的运动速度大小为
C.水平地面对人的摩擦力的冲量为零，水平地面对人的
摩擦力做功也为零
D. 运动员过弯道时，如果一个运动员从正后方以更大的
速度碰撞前面的运动员，则被撞的运动员容易出现侧滑运动失误或事故，出现侧滑运动员的速度大于或等于 。任何运动都有一定的安全风险，运动员比赛时要赛出水平时更要注意运动安全。
7、出现科学性错误
选择题的题干应围绕一个中心，和选项的关系一致，干扰项的有效性和迷惑性能反映考生的典型错误，各选项的结构和语言长度应大体一致，各题正确选项的分布要基本均匀。
短道速滑运动的蹬冰方向与支撑腿惯性滑行方向相垂直。运动员在弯道滑行时需要的向心力来自于运动员身体向圆心方向倾斜时重力G和支撑反作用力F的合力。
运动员的蹬冰力P垂直所用在冰质斜面上，如图所示。冰质斜面是由于支撑腿冰刀的冰刃在其上滑过产生的磨损、融化和弹性形变等原因造成的。
要增大向心力，运动员可以增大蹬冰力，也可增大身体向圆心方向倾斜的程度（即减小θ）。然而，冰刃接触冰质斜面的面积很小，而冰的脆性较大。随着冰面与冰刀之间夹角的减小，当蹬冰力的水平分力超过冰质斜面可承受的最大水平分力时，斜面就会发生脆性破坏，冰面与冰刀在法线方向存在相对运动，向心力突然减小甚至消失，运动员的身体向切线方向滑出并摔倒。
超越问题
例17：（2022年广州一模）图a是我国传统农具——风鼓车，图b是其工作原理示意图．转动摇柄，联动风箱内的风叶，向车斗内送风．入料仓漏口H漏出的谷物经过车斗，质量大于 的谷粒为饱粒，落入第一出料口A1B；质量为
的谷粒为瘪粒，落入第二出料口A2B；质量小于 的草屑被吹出出风口．
已知A1、B、A2三点在同一水平线上，A1B的宽度
为0.27m；A1在H正下方，A1H的高度为0.45m.质量为
的谷粒从H漏出，恰好经B点落入A2B.设谷粒从H漏出时速度为零；谷粒在车斗内所受水平风力恒定且相等，只考虑其所受重力和风力作用；取重力加速度g为 10m/s2.
（1）求谷粒从H落到出料口所经历的时间；
（2）求谷粒所受水平风力的大小；
（3）若瘪粒恰好能全部落入A2B，求A2B的宽度
科学、严谨、规范！
谢谢!

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