近三年全国卷万有引力试题赏析与备考建议

云南 张保雷

2017年教育部考试中心提出中国高考评价体系“一体四层四翼”的概念，回答了高考为什么考？“一体”：“立德树人、服务选拔、指导教学”；考什么？“四层”：“必备知识、关键能力、学科素养、核心价值”；怎么考？“四翼”：“基础性、综合性、应用性、创新性”。2019年教育部考试中心编写《中国高考评价体系说明》，对“一体四层四翼”的理念进行了更细致的阐述。近三年高考全国卷万有引力试题以“一体四层四翼”的高考评价体系为依托，严格遵循考试说明要求来命制。本文从“一体四层四翼”的理念出发，力求探析近三年高考全国卷万有引力试题的特点，也提出笔者对高考备考复习的个人见解。

一、近三年全国卷万有引力试题多向细目表

试卷年度题号题型知识点学科素养难易全国卷Ⅰ201921多选小球弹簧模型、牛顿第二定律、万有引力等于重力、求天体质量和密度、功和能物理观念、科学思维难201820多选双星系统模型、万有引力提供向心力、画轨道运行图、定圆心、找半径、现代科技物理观念、科学思维、科学态度与责任难2017没有考查全国卷Ⅱ201914单选万有引力定律的应用、现代科技物理观念、科学态度与责任易201816单选行星(卫星)模型、万有引力提供向心力、临界情况(极值)、现代科技物理观念、科学态度与责任中等201719多选开普勒行星运动规律、引力做功、机械能守恒物理观念、科学思维中等全国卷Ⅲ201915单选行星(卫星)模型、万有引力供向心力物理观念易201815单选行星(卫星)模型、万有引力供向心力、现代科技物理观念、科学态度与责任易201714单选行星(卫星)模型、万有引力供向心力、现代科技物理观念、科学态度与责任易

对上表进行研究，不难发现近三年全国卷万有引力试题有以下规律：

1.考查题型：全部为选择题，全国卷Ⅰ为多选题，卷Ⅱ、Ⅲ多为单选题、多分布在选择题的前三题；

2.考查难度：全国卷Ⅰ难、全国卷Ⅱ中等、全国卷Ⅲ易；

3.考查知识：试题以万有引力定律及其应用、开普勒行星运动定律考试说明中的Ⅱ级要求内容为主，人造卫星、宇宙速度也有所体现；

4.综合性：全国卷Ⅰ综合性较高，对学生的推理能力和分析综合能力要求较高、全国卷Ⅱ综合性一般、全国卷Ⅲ以单独命题为主，如2019年卷Ⅰ第21题，该题利用a-x图象呈现解题所需信息，将小球弹簧模型和万有引力与重力加速度相结合，要求学生有提取信息的能力、读图的能力、建模的能力、应用数学解决物理问题的能力等，对学生的综合能力要求很高；

5.学科素养：全国卷万有引力试题很好的体现运动观念、相互作用观念、能量观念的物理观念，也是模型建构、科学推理的科学思维集中展现的题型，同时兼顾人类现代科技发展，关注我国航天事业的进步，培养学生的科学态度与责任。

二、近三年全国卷万有引力试题欣赏

1.基础性

《中国高考评价体系说明》指出高考强调基础扎实，高考要求学生对基础部分内容的掌握必须扎实牢靠，高考试卷包含一定比例的基础性试题，引导学生打牢知识基础，并以物理学科为例指出物理学科的基础内容包括牛顿运动定律、万有引力定律……，这些基础性内容在试题命题中必须尽量覆盖。由表中内容可知万有引力定律内容在全国卷中几乎每年每套均有考查，万有引力试题在命制过程中聚焦学科主干内容，突出体现高考试题的基础性。

【例1】(2019年全国卷Ⅲ第15题)金星、地球和火星绕太阳的公转均可视为匀速圆周运动，它们的向心加速度大小分别为a金、a地、a火，它们沿轨道运行的速率分别为v金、v地、v火。已知它们的轨道半径R金

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A.a金>a地>a火B.a火>a地>a金

C.v地>v火>v金D.v火>v地>v金

【试题分析】本题考查行星(卫星)运行参量的分析，只要学生对万有引力定律和行星(卫星)模型有正确的理解，解答此题并不难。试题简洁，情景熟悉，模型常见，突出体现高考试题的基础性。

2.综合性

高考试题要求学生能够触类旁通、融会贯通，要求学生形成对学科知识的整体把握能力，同时高考试题力求从整体性、完整性出发，突出对学生综合能力的考查。

【例2】(2017年全国卷Ⅱ第19题)如图1所示，海王星绕太阳沿椭圆轨道运动，P为近日点，Q为远日点，M、N为轨道短轴的两个端点，运行的周期为T0，若只考虑海王星和太阳之间的相互作用，则海王星在从P经M、Q到N的运动过程中

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图1

B.从Q到N阶段，机械能逐渐变大

C.从P到Q阶段，速率逐渐变小

D.从M到N阶段，万有引力对它先做负功后做正功

【试题分析】此题要求学生既要掌握开普勒行星运动定律，又要掌握机械能守恒定律，既要整体分析，又要局部讨论；既要有运动和能量观念，又要有科学推理的能力。一套理综试题考三个科目，一道试题可能需要承载多选“任务”，一道试题可能有知识的交叉、能力的复合、素养的融合。

3.应用性

现代教育强调培养德智体美劳“五育并举”的社会主义建设者和接班人，高考试题关注与国家经济社会发展、科技进步、生产生活相结合的内容，考查学生运用知识、能力和素养解决实际问题的能力，让学生充分感受到课堂知识蕴含的应用价值。如2017年全国卷Ⅱ第19题海王星绕太阳运动、2018年全国卷Ⅰ第20题双中子星的引力波都很好的体现了高考试题与科技进步、生产生活相结合，如2017年全国Ⅲ第14题“天舟一号”与“天宫二号”对接、2018年全国卷Ⅲ第15题“天琴计划”、2018全国卷Ⅱ第16题“天眼”、2019全国卷Ⅱ第14题“嫦娥四号”都体现了我国的科技进步，全国卷万有引力试题很好地体现了高考试题的应用性。

【例3】(2018年全国卷Ⅱ第16题)2018年2月，我国500 m口径射电望远镜(天眼)发现毫秒脉冲星“J0318+0253”，其自转周期T=5.19 ms。假设星体为质量均匀分布的球体，已知万有引力常量为6.67×10-11N·m2/kg2。以周期T稳定自转的星体的密度最小值约为

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A.5×109kg/m3B.5×1012kg/m3

C.5×1015kg/m3D.5×1018kg/m3

【试题分析】此题以我国射电望远镜(天眼)发现毫秒脉冲星“J0318+0253”为背景，考查学生对万有引力定律的理解，又要求学生学会模型建构、科学推理，同时又引导学生对科学要有全面而正确的认识与理解，承担起相应的社会责任。此题设问新颖巧妙、科学合理，同时也有利于促进中学物理教学，摒弃题海训练，引导学生重视物理思维过程，体验物理方法，感悟物理思想。

4.创新性

近几年高考试题关注与创新密切相关的能力和素养，要求学生具备独立思考的能力、着重考查发散思维、逆向思维、捕捉新事物的能力等，鼓励学生摆脱思维定势，大胆创新。因此，高中师生感觉近几年高考物理试题越来越灵活，越来越难以预测，高考试题越来越情景化，设问越来越新颖。

【例4】(2019全国卷Ⅰ第21题)在星球M上将一轻弹簧竖直固定在水平桌面上，把物体P轻放在弹簧上端，P由静止向下运动，物体的加速度a与弹簧的压缩量x间的关系如图2中实线所示。在另一星球N上用完全相同的弹簧，改用物体Q完成同样的过程，其a-x关系如图中虚线所示，假设两星球均为质量均匀分布的球体。已知星球M的半径是星球N的3倍，则

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图2

A.M与N的密度相等

B.Q的质量是P的3倍

C.Q下落过程中的最大动能是P的4倍

D.Q下落过程中弹簧的最大压缩量是P的4倍

【试题分析】此题将万有引力与重力、物体弹簧模型、机械能守恒定律和图象面积等综合为一道试题，考查学生的运动、相互作用和能量观念；要求学生完成模型建构进行科学推理，体现了对科学思维的考查；同时学生面对a-x图象要调动加速度和位移相关知识、熟知图象问题的解决方法、挖掘图象的关键信息、方程演绎推理，甚至推测出事物的发展趋势，虽然是一道选择题，但是其依然很好地体现了高考试题的综合性、创新性。

三、2020年高考备考建议

1.夯实基础 形成网络

近三年全国卷万有引力试题均为选择题，独立命题的次数多，即使综合性、创新性较强的试题也多以常见模型考查对万有引力定律的理解和应用，没有偏、怪、过难或计算量太大的情况，所以在复习备考时，不能忽视教材(包括2019版教材)内容，要深入挖掘教材，以课本为本，注重基础，做到基本概念深入理解及灵活运用。学生应在教师的指导和帮助下，对物理知识、物理模型、物理思想、物理方法进行梳理，形成自己的知识网络及自己对物理知识的认识，进而提升学生对物理思想和方法的认识，才能轻松解答当下高考试题。

2.学会“翻译” 培养思维

高考试题更注重应用性、创新性，较平时练习题更趋向于情景化，命题者越来越善于把模型隐藏在表面现象之后，要求学生学会“翻译”，把科技事件、生产活动、生活语言转换为物理量、物理图形或图象，正确建立、识别、完善模型，列出方程进行科学推理，得出结论。平时的教学或学习要多“问”：这道题目哪些条件已知、哪些条件未知、哪些条件简单推理可知、有几种解法、考查了哪些内容、从什么角度考查的、还有可能怎么考等，让学生从命题者的角度思考，促进学生思维能力的提升。

3.学会“分解” 培养观念