“萬有引力與天體運動”知識點在高考評價體系下的考查特征

官漢聰

摘? ?要：通過對近幾年全國卷關于“萬有引力與天體運動”高考試題的梳理，歸納出在高考評價體系下，試題堅持以情境創設豐富考查載體，體現基礎性的概念規律考查、應用性的模型建構能力考查、創新性的解決問題能力考查和綜合性的跨知識模塊考查等特征，引導一線教師要強化基礎知識和基本規律的教學，注重學生思維品質和模型建構能力的培養。

關鍵詞：萬有引力；考查特征；高考評價體系

引言

2014年9月，《國務院關于深化考試招生制度改革的實施意見》發布，提出高考考試要科學設計命題內容。2020年1月，教育部考試中心推出《中國高考評價體系》，對高考命題要求創新試題情境設計，突出基礎性、綜合性、應用性、創新性，促進學生核心素養的提升[ 1 ]。

近年的全國卷高考試題，在“萬有引力與天體運動”這一主題的考查，很好地體現了“四翼”的考查要求，下面結合部分試題，對高考評價體系下該部分知識的考查特征進行梳理。

1? 堅持以情境創設豐富考查載體

表1列舉近年來全國卷對“萬有引力與天體運動”主題進行考查時創設的試題情境特征?？梢钥闯?，高考命題往往選取最新科研成果或生產生活實際作為情境，引導學生不能只局限于教材知識的學習，要關注科學的發展，特別是國家的重大科技進步，從而激發學生民族自豪感，培養學生物理學習興趣。

2? 體現基礎性的概念理解及規律應用考查

高考試題力圖通過對基本概念、基本規律的考查，引導一線教師重視對基本概念規律的教學，夯實學生學科基礎，促進學生物理觀念素養的形成。

例如，2023年新課標卷第17題，取材于今年5月我國發射的運輸能力最大的天舟六號貨運飛船攜帶物資進入距離地面約400 km的軌道對接中國空間站這一情境，對質量的屬性、萬有引力、勻速圓周運動的合力和角速度等基本概念進行考查，引導教師加強基本概念的教學，促使學生重視對基本概念的理解，同時增強其科技強國的信心。

“萬有引力與天體運動”這一主題中的基本概念，除了上述例題涉及的知識，還包括天體勻速圓周運動的參量如速度、加速度、周期等概念的理解和參量間關系的正確辨析。此外，教材中重點介紹的有關天體的質量或密度、宇宙速度等，也是高頻率考查的基礎性知識。

3? 緊扣真實情境的橢圓軌道考查

近年來，隨著我國在重型運載火箭和航空航天方面的快速發展，試題逐漸跳出勻速圓周運動理想模型，取材于天體在橢圓軌道運動的真實情境進行研究。通對真實情境下橢圓軌道的考查，相比單純機械套用公式解決問題，對學生的知識理解要求明顯提高。

例如，2021年全國乙卷第18題，給出如圖1銀河系中心附近的恒星的橢圓軌跡圖，并標注出從1994年到2002年間該恒星在軌跡圖中的位置。類比太陽與地球關系，給出半長軸的數據，并提出銀河系中心可能存在超大質量黑洞的推測，要求考生求出該黑洞的質量。

試題考查學生能否根據橢圓軌跡，從圖像所標數據中獲取恒星運動的周期，應用開普勒第三定律和萬有引力定律，找到太陽質量與軌道半徑、周期的關系，完成對黑洞質量的求解?？疾閷W生應用天體運動相關知識綜合解決實際問題的能力。

又如，2017年全國II卷第19題，試題以海王星繞太陽運動為背景，如圖2所示?？疾楹Ｍ跣窃趶腜經M、Q到N的運動過程中，學生能否運用開普勒第二、三定律判斷P到Q的速率變化和P到M所用的時間，并能從功和能的觀點分析海王星在軌道運動過程的做功情況以及機械能的變化等知識。

4? 體現應用性的模型建構能力考查

通過設置真實的問題情境，引導學生抓住情境的核心要素構建物理模型，運用物理知識和方法解決問題，是高考評價體系“四翼”中應用性的要求[ 2 ]。在真實的問題情境中，甄別學生是否能夠靈活運用物理知識和方法解決實際問題，讓學生的學習從“會解題”向“會解決問題”轉變。

例如，2018年全國II卷第16題，以我國的“天眼”于2018年2月發現的毫秒脈沖星作為背景，告知星體的自轉周期，要求學生估算出星體能以此周期穩定自轉的最小密度。試題考查學生對萬有引力與向心力關系的理解和勻速圓周運動規律的靈活應用。學生需要理解物體在天體表面隨天體自轉的模型中，萬有引力的絕大部分產生重力，自轉速度如果增大，所需向心力增大，當萬有引力全部提供向心力時，星體處于瓦解的臨界狀態，從而得出此時的密度最小值，本題學生能否根據情境構建正確的物理模型顯得異常重要。

無獨有偶， 2016年全國I卷第17題，利用三顆同步衛星可以覆蓋地球絕大部分面積實現無線電通訊的事實，通過假設地球的自轉周期變小，但仍只使用三顆同步衛星，要求學生估算地球自轉周期允許的最小值。試題以較熟悉的同步衛星為背景，考查萬有引力定律和同步衛星的知識。但需要學生能夠根據情境，對同步衛星的特點真正理解到位，正確建構起衛星繞地球的模型，知道地球自轉周期變小時，同步衛星的軌道半徑也要變小，因此存在一個軌道半徑的臨界值，從而求解出自轉周期的最小值。

事實上，在“萬有引力與天體運動”主題中，注重對模型建構能力的考查一直是近些年的熱點。2012新課標卷第21題和2012年大綱卷第25題，都通過假設“地球是一半徑為R、質量分布均勻的球體”和提供“質量分布均勻的球殼對殼內物體的引力為零”這些信息，考查學生提取信息構建模型能力，從而發現礦井底部和地面處的重力加速度不同的特征，將具備建模能力和只會機械套用公式的學生進行了有效甄別。

5? 體現創新性的解決問題能力考查

高考強調創新意識和創新思維，考查學生運用知識解決問題的能力。通過試題呈現學生未曾體驗的情境，要求學生從不同角度主動思考，發現問題、找到規律、形成辦法，達到考查學生創新思維能力的目的。

例如，2015年新課標Ⅱ卷第16題，試題以我國將同步衛星從地面發射后，需要從轉移軌道經過調整才能進入地球同步軌道的現實問題作為情境， 如圖3所示。通過介紹所需要的操作措施，要求考生估算該附加速度的大小和方向?？忌涍^分析，發現感覺高深莫測的高科技問題，其實并非脫離我們所學知識，學生的科學素養和對中國航天科技的自豪感得到激發。

又如，2018年全國I卷第21題，以雙中子星合并產生引力波為背景，通過提供合并前的相關數據信息，考查學生能否發現新事物中的物理問題，正確建構出雙星模型，根據萬有引力定律、牛頓運動定律和圓周運動規律等知識，分析解決問題。將考生置于全新的情境下，考查考生獨立思考能力、發散思維能力和分析推理能力。

6? 體現綜合性的跨知識模塊考查

物理科考試立足學科各部分內容之間的聯系，考查學生綜合運用物理學的概念、規律分析問題和解決問題的能力[ 2 ]。檢測學生是否能夠靈活運用知識解決物理問題，引導物理教學要為社會和時代發展培育人才。

2019年全國I卷第21題，創設了在星球把物體輕放在彈簧上端，研究物體運動的情境，通過給出如圖4中實線所示的物體加速度與彈簧壓縮量間的關系，同時，再創設在另一半徑有差別的星球上相同的問題情境，同樣也給出虛線所示的圖像，要求學生結合圖像的斜率、截距等關鍵信息，利用萬有引力定律、牛頓定律、胡克定律、動能定理等綜合分析判斷P、Q兩個物體的密度、質量的大小以及動能、彈簧壓縮量之間的大小關系，重點考查學生從圖像中獲取信息并利用關鍵信息進行推理判斷的能力[ 1 ]17。

同樣，2015年新課標I卷第21題，通過還原“嫦娥三號”登月探測器“繞”和“落”過程的真實情境，要求學生根據題干信息建立模型，考查萬有引力定律、共點力平衡、勻變速直線運動、機械能守恒等主干知識，對學生將物理知識融會貫通、綜合分析能力提出較高要求。

通過將知識內容與各種物理能力的綜合，考查學生能否將所學知識融會貫通、恰當運用，實現對學生素質綜合全面的考查，促進高中物理教學和育人方式的改革。

7? 結束語

通過研讀高考評價體系下全國卷近年萬有引力與天體運動相關高考試題，教師要強化基礎知識和基本規律的教學，重視學生能力的培養。特別是在新課標、新教材的背景下，要充分利用教材資源，夯實學科基礎。要求學生在理解概念規律的基礎上，掌握核心方法，理清解題思路，總結物理模型。加強學生信息獲取能力的培養，注重學生思維品質和模型建構能力的提升。引導學生關注新時代背景下我國航空航天領域的重大進步，增強科技強國的信心，樹立科技強國的理想。

參考文獻：

［1］ 教育部考試中心. 注重理論聯系實際加強物理學科素養考查：2019年高考物理試題評析[J]. 中國考試， 2019（7）： 15，17.

［2］ 程力， 李勇. 基于高考評價體系的物理科考試內容改革實施路徑[J]. 中國考試， 2019（12）： 42.