福建 郭 威

《中國高考評價體系》的提出和實施，標志著高考命題理念從“知識立意”“能力立意”向“價值引領(lǐng)、素養(yǎng)導向、能力為重、知識為基”轉(zhuǎn)變，使STSE類試題成為高考物理試題中的熱點和亮點。STSE是科學、技術(shù)、社會、環(huán)境的英文首字母縮寫，STSE類試題不僅通過理論聯(lián)系實際體現(xiàn)了試題的創(chuàng)新性和應(yīng)用性，還承載了立德樹人導向引領(lǐng)，弘揚社會正氣，傳播正能量，彰顯了育人功能，促進學科核心素養(yǎng)的形成。因此，STSE類試題的命制立意要突出以下幾個特點。

一、突顯時代性

STSE類試題具有鮮明的時代氣息，代入感強，使時代信息在命題中體現(xiàn)出能動的作用。

【原創(chuàng)示例1】“旗幟引領(lǐng)方向，旗幟凝聚力量”。2019年在建國70周年國慶閱兵式中，空中護旗梯隊破空而來，拉開了閱兵分列式的序幕，如圖1所示，懸掛國旗的直-20直升機以一定高度勻速通過天安門廣場上空，受到水平阻力的作用，懸掛五星紅旗的懸繩與豎直方向成θ角(懸繩質(zhì)量不計)。其中直升機質(zhì)量為M，五星紅旗(含下方重物)質(zhì)量為m，重力加速度為g。下列說法正確的是

圖1

( )

A.直-20直升機和國旗(含下方重物)整體受到空氣作用力豎直向上

B.直-20直升機和國旗(含下方重物)整體受到空氣作用力沿懸繩的方向向上

C.懸繩對國旗(含下方重物)的拉力大小為mgcosθ

D.懸繩對國旗拉力和國旗對懸繩的拉力是一對平衡力

【答案】A

【命題意圖】2019年是建國70周年，舉國歡慶，盛大的閱兵儀式展現(xiàn)了我國武裝力量建設(shè)的成就，增強了民族自信心和自豪感。以空中護旗梯隊為素材進行命題，考查連接體的力學平衡問題以及整體法和隔離法的應(yīng)用，考查學生的推理能力和學科素養(yǎng)。

圖2

二、把握時效性

STSE類試題所選用的素材有些具有時效性，鑒于事件性素材在較短時間內(nèi)可能失去時效，需及時捕捉受眾的接觸興趣和產(chǎn)生社會效果的時機，充分發(fā)揮其時效性，使試題情境與時俱進。

【原創(chuàng)示例2】如圖3所示，虎門大橋發(fā)生明顯豎向彎曲振動現(xiàn)象之后，經(jīng)專家組初步研究，大橋的振動是一種共振現(xiàn)象，沿橋梁兩側(cè)護欄連續(xù)設(shè)置的水馬改變了鋼箱梁的氣動外形，在特定的風況條件下，誘發(fā)懸索橋發(fā)生豎向渦激共振。根據(jù)專家組的建議，大橋管理方及時采取抑振措施，除撤除水馬外，還包括在外側(cè)護欄上安裝抑流板，改善鋼箱梁的氣動外形，增設(shè)水箱壓重提高阻尼比。目前，虎門大橋整體情況平穩(wěn)，抑振效果良好。下列說法正確的是

圖3

( )

A.大橋在強臺風“山竹”的作用下，異常抖動會更劇烈

B.虎門大橋異常抖動的頻率等于大橋的固有頻率

C.通過增加氣動措施抑振是為了增加風對橋面的作用力

D.通過阻尼措施抑振是為了將機械能盡量多地轉(zhuǎn)化為阻尼材料的內(nèi)能

【答案】D

【命題意圖】2020年5月5日下午，虎門大橋發(fā)生異常抖動，引起了社會的廣泛關(guān)注，國內(nèi)檢測、設(shè)計、科研、施工等方面的專家聯(lián)動，筆者同時查閱了當時的專家認證結(jié)論，進行STSE命題，考查受迫振動相關(guān)知識，考查學生處理信息的能力，體現(xiàn)物理觀念和科學思維的學科核心素養(yǎng)。

【解題思路】受迫振動是物體在周期性驅(qū)動力作用下的往復運動，如果驅(qū)動力的頻率接近橋梁的固有頻率，就可能使橋梁產(chǎn)生共振，故引起橋梁渦振不在于風力多大，而取決于驅(qū)動力的頻率，大量實驗研究表明，物體做受迫振動時，振動穩(wěn)定后的周期或頻率總等于驅(qū)動力的周期或頻率，與物體的固有周期或頻率無關(guān)，AB選項錯誤；通過增加氣動措施抑振，是為了減少風對橋面的作用力，C選項錯誤；通過阻尼措施抑振是為了將振動的機械能盡量多地轉(zhuǎn)化為阻尼材料的內(nèi)能，從而降低轎梁的振動，D選項正確。

三、體現(xiàn)社會性

通過STSE類試題把相應(yīng)的知識技能、政治意識形態(tài)和某種文化特質(zhì)傳遞給學生，規(guī)范、引導學生發(fā)展，使其進入社會實踐并在各個領(lǐng)域中發(fā)揮作用，進而顯示出試題的社會功能。

【原創(chuàng)示例3】(多選)2021年3月1日，最新刑法修正案生效，“高空拋物”正式入刑，更大程度上發(fā)揮法律的警示功能，促進人們自警、自律、自制。專家在現(xiàn)場模擬物體從不同高度墜落造成的破壞力，用34 m高空作業(yè)車模擬十層樓房，以10 m、20 m、30 m的高度分別拋下瓶裝水、易拉罐、雞蛋等常見物體。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，從30 m高空墜落時，350 g的瓶裝水可在五毫米厚的木板上砸出兩尺長裂縫，同樣質(zhì)量的易拉罐，則直接砸出了一個大洞；即便只有50 g的雞蛋，從20 m高度落下時，也能夠在石膏板上砸出痕跡，可見物體從高空自由墜落的威力驚人。則下列說法正確的是

( )

A.同樣質(zhì)量的瓶裝水和易拉罐從同樣高度砸到木板上的作用力一樣大

B.不同物體從同一高度墜落到地面的木板上過程中重力勢能改變量相同

C.從20 m高度落下的雞蛋對石膏板的作用力與石膏板對雞蛋的作用力大小相等

D.不計空氣阻力，30 m高自由墜落的瓶裝水在最后 10 m的平均速度小于下落25 m時的速度

【答案】CD

【命題意圖】本題以2021年3月1日最新刑法修正案生效，“高空拋物”正式入刑為情境，考查自由落體問題，旨在從試題蘊含的價值觀映射社會的主流價值觀，同時體現(xiàn)物質(zhì)觀念和科學態(tài)度與責任的學科素養(yǎng)。

【解題思路】同樣質(zhì)量的瓶裝水和易拉罐在同樣高度落到地面的木板上，速度的變化量和動量的變化量相等，但是從與木板接觸到速度為零的時間可能不同，所以根據(jù)動量定理可知兩者砸到木板上的作用力可能不同，A選項錯誤；因為不同物體的質(zhì)量不盡相同，雖然從同一高度落下，但重力勢能的改變量不盡相同，B選項錯誤；根據(jù)牛頓第三定律，作用力與反作用力大小相等，方向相反，并作用在同一直線上，所以雞蛋對石膏板的作用力大小等于石膏板對雞蛋的作用力，C選項正確；瓶裝水從30 m高自由墜落的最后10 m的平均速度等于其中間時刻的速度，而瓶裝水下落25米時的速度為最后10 m的中點位移的速度，D選項正確。

四、融入科普性

STSE類試題以科普信息為載體，由“事件、信息、問題”三部分構(gòu)成，讓學生應(yīng)用所學的知識進行解題，考查學生的閱讀理解、收集和處理信息、知識遷移、綜合分析和類比應(yīng)用能力，使試題真正體現(xiàn)科學技術(shù)、日常生活、現(xiàn)代科技成果和社會知識，引導學生了解現(xiàn)代科技重大成果和應(yīng)用。

【原創(chuàng)示例4】當武漢疫情告急之時，空軍緊急出動如圖4所示的運-20等11架運輸機，向武漢空運支援湖北醫(yī)療隊隊員和物資，這是空軍首次成體系大規(guī)模出動現(xiàn)役大中型運輸機執(zhí)行緊急空運任務(wù)。運輸機載荷一個重要的參數(shù)就是最大起飛重量，飛機升力L=CLPS，式中P為飛行動壓、S為機翼面積，而通常升力系數(shù)CL是由實驗測得的一個無量綱量。若用ρ表示空氣密度，m表示飛機質(zhì)量，v表示飛行速度，F(xiàn)表示發(fā)動機推力，可能不會計算飛行動壓P，但可根據(jù)所學的物理知識和物理方法進行分析，判斷下列飛行動壓P的表達式中合理的是

圖4

( )

【答案】B

【命題意圖】本題以武漢疫情出動中國研究制造的新一代軍用大型運輸機運-20為情境，題中提供了運輸機載荷的信息，考查學生獲得信息、處理信息的能力，考查量綱及科學思維的學科素養(yǎng)。

五、嚴控科學性

試題本身的科學性被認為是評判試題合格的重要指標。內(nèi)容科學、無差錯；試題表述、用詞規(guī)范；問題清晰無歧義；圖文匹配、題量與梯度合理；試題情境合理，素材真實等是STSE類試題的底線，而原創(chuàng)試題不科學的原因多數(shù)在于命題人只注重題目所要考查的知識點本身，而忽略了實際情況，捏造了數(shù)據(jù)或情境。

【原創(chuàng)示例5】我國首艘國產(chǎn)002航母飛行跑道前端l=35 m的一段做成平緩曲面(可視為傾面的傾斜跑道)，艦首上翹仰角12°，起飛跑道總長S=195 m(如圖5所示)。殲-15艦載機最大起飛質(zhì)量m=3.25×104kg，發(fā)動機的推力大小為F=2.6×105N，飛機質(zhì)量視為不變并可看成質(zhì)點，全程平均阻力大小為重力的k倍。若航母處于靜止狀態(tài)下，殲-15艦載機滿載時，在傾斜跑道的末端速度需至少達到v=100 m/s才能正常起飛，k=0.1，g=10 m/s2，sin12°≈0.2，cos12°≈0.98，求：

圖5

(1)殲-15滿載在末端以最小速度起飛時重力的瞬時功率大小P；

(2)滿載時在水平跑道與傾斜跑道的加速度大?。?/p>

(3)通過計算說明滿載時的殲-15在不加助推力的情況下能否在起飛跑道上起飛？

【命題意圖】002型航母是我國第一艘自主研發(fā)的國產(chǎn)航母，凝集了我國科技的核心，充分表明了中國造船工業(yè)技術(shù)的進步和突破，是我國展示綜合國力的一種方式。題設(shè)中的數(shù)據(jù)為網(wǎng)絡(luò)上公布的002型航母“山東艦”的數(shù)據(jù)，本題根據(jù)已獲得的數(shù)據(jù)進行命題，考查牛頓第二定律、運動學、功率問題，體現(xiàn)學科素養(yǎng)和核心價值的雙重功能。

【解題思路】(1)根據(jù)P=mgvsin12°得P=6.5×106W

(2)在水平跑道F-kmg=ma1得a1=7 m/s2

在傾斜跑道F-kmg-mgsin12°=ma2得a2=5 m/s2

(3)設(shè)水平跑道與傾斜跑道交接處的速度為v1、傾斜跑道末端速度為v2

故滿載時的殲-15在不加助推力的情況下不能在重載起飛跑道上起飛。

六、關(guān)注匹配性

STSE類試題命制不僅要關(guān)注素材本身，還要關(guān)注如何把素材與高中物理知識進行匹配，從什么考查方向入手進行命制試題，對所選素材要進行模型化簡化、理想化處理，使之與高中知識能做到準確、合理、有效地匹配，拉近學生所學習的物理知識與科學、技術(shù)、社會、環(huán)境之間的距離。

【原創(chuàng)示例6】電子束蒸鍍是在電磁場的配合下利用加速電子轟擊坩堝內(nèi)鍍膜材料，電子的動能轉(zhuǎn)換成熱能加熱鍍膜材料使其蒸發(fā)，從而形成高純度、高精度的薄膜。一種電子束真空蒸鍍裝置簡化示意圖如圖6所示，熱電子由高熱陰極鎢絲表面釋出，利用高壓電場U使電子從靜止開始加速。電子聚成束穿過中心孔O水平向左射入方向垂直紙面向里的足夠?qū)挼母郊觿驈姶艌?，?jīng)磁場作用電子束恰好垂直打在坩堝內(nèi)的鍍膜材料右邊緣P點。由于有這個外加磁場，坩堝與蒸發(fā)源材料所產(chǎn)生的二次電子垂直坩堝內(nèi)鍍膜材料平面逸出后(在入射電子束作用下被轟擊出來并離開樣品表面的樣品原子的核外電子叫做二次電子)，經(jīng)磁場作用發(fā)生偏轉(zhuǎn)而被豎直收集板吸收，二次電子的能量較低，逸出速度僅為入射電子束速度的10%，與水平絕緣板碰撞能量損失不計。已知電子的電量為e、質(zhì)量為m，中心孔O距離鍍膜材料上表面的豎直距離為d，豎直收集板與鍍膜材料右邊緣P的水平距離x=2.15d。求：

(1)經(jīng)過高壓電場U加速后的電子束速度大小v；

(2)附加磁場的磁感應(yīng)強度大小B；

(3)二次電子從P點逸出到被收集板收集的運動總時間t。

【命題意圖】本題考查帶電粒子在電場中加速和在磁場中的偏轉(zhuǎn)，旨在考查建構(gòu)理想模型的意識和能力，體現(xiàn)物質(zhì)觀念、科學思維和科學態(tài)度與責任的學科素養(yǎng)。

(2)由題意知，電子在磁場中做勻速圓周運動的軌跡如圖7所示，由幾何關(guān)系可知軌跡半徑R=d

圖7

(3)二次電子逸出速度僅為入射電子束速度的10%，故二次電子在磁場中偏轉(zhuǎn)的半徑r=0.1R=0.1d

由x=2.15d可得x=21.5r

圖8

故二次電子從逸出到被收集板收集的運動總時間