高中物理命题“避坑”指南
杨学切
摘? ?要：命题能力是高中物理教师必备的能力之一。一份好的试题可以对教学起到正面引导的作用，有瑕疵或错误的试题，不仅失去了有效的评价作用，也将误导学生、困扰教师。文章针对高中物理命题中经常出现的瑕疵或错误进行梳理、说明，旨在提醒教师、教研员和教辅资料的编者在命题与教学中规避这些瑕疵或错误。
关键词：高中物理;命题;避坑;指南
中图分类号：G633.7 文献标识码：A ? ? 文章编号：1003-6148（2020）12-0038-4
俗话说命题永远是一门有遗憾的艺术。准备再充分的一次命题，都可能留下一些遗憾之处。命题工作只有更好，没有最好。但是，在命题中出现的瑕疵将影响评价的效度;试题有科学性错误，更是不能容忍的。本文基于笔者多年参与各级各类命题与研究，梳理出高中物理命题中4类常见的瑕疵或错误，也就是“命题之坑”，同时也提供了 “避坑”建议。
1? ? 已知条件想当然
由于长时间从事物理教学工作，容易形成“思维惯性”，教师常常对试题中有些物理数据或条件 “理所当然”地默认为是已知条件，在题设中忽略了明确表述。当学生面对试题时就会造成困惑，甚至误入歧途，无法解答。
例1 用图1所示装置探究动能定理。有下列器材：A.电火花打点计时器;B.220 V交流电源;C.纸带;D.细线、小车、砝码和砝码盘;E.一端带滑轮的长木板、小垫木;F.刻度尺。
（1）实验中还需要的实验器材为________。
（2）按正确的实验操作，实验中得到一条点迹清晰的纸带如图2，图中数据xA、xB和xAB已测出，交流电频率为f，小车质量为M，砝码和砝码盘的质量为m，以小车、砝码和砝码盘组成的系统为研究对象，从A到B过程中，合力做功为_________，动能变化量为____________，比较二者的大小关系，可探究动能定理。
答案：（1）天平;
（2）mgxAB，■（M+m）（x■■-x■■）f 2
本题为2020年4月，某市高三质检题，命制试题时想当然地认为“重力加速度g”是已知条件，大多数学生也犯刷题“后遗症”，按照命题者的想法，解出“正确答案”。而思维严谨的学生，纠结着重力加速度没有提供，如何求解第（2）问“从A到B过程中，合力做功”。因此，影响本题考试区分度，也使得全卷的试题信度降低。
【避坑建议】
最后审题严把关。
教师多年只教一门物理课，见过的题目太多，物理模型过于熟悉，导致想当然地认为有些物理条件或物理模型应该是已知的。因此，最后审题必须严把关。命题中常犯的“想当然式错误”有以下几个方面：①该提供的物理常数没有提供。如重力加速度g、万有引力常数G、静电力常量k、光速c、普朗克常量h。②该明确的方位（或方向）沒有明确。如空间平面是水平面还是竖直面？力或速度的方向是水平方向还是其他方向？电场强度、磁感应强度等矢量方向是否明确表述？③该有的模型条件没有清晰表明。如轻绳、轻杆、轻质弹簧、小球等，省略了“轻、轻质、小”的形容词，物理模型变得不清晰。还有“不计空气阻力”“绝缘光滑平面”“不考虑粒子间相互作用”等条件描述都容易被忽视。④命制实验题中，打点计时器的工作频率50 Hz经常也会忘了注明。
2? ? 题设数据不自洽
物理命题的基本要求是数据的科学性，若科学性出现了问题，不论试题多么完美，都将被摈弃。科学性的重要表现是题设条件需要逻辑自洽。在命题时，题设条件已经可以确定某几个并列的结果，为了特定考查的需要，可以对某个结果进行人为赋值（也称题设条件重置），求解其他结果。但若忽视了物理过程中应该遵守的比较隐性的物理规律，会导致数据的科学性出现问题，造成题设条件的不自洽[1]。
例2 如图3所示，一矩形单匝金属框abcd，下边 ab边与磁场上边界水平对齐，现静止释放，沿竖直方向进入范围足够大的匀强磁场中。已知金属框质量m=0.2 kg，电阻R=1.0 Ω，ab边长L=0.2 m，bc边足够长，磁场方向垂直纸面向里，磁感应强度大小为B=0.5 T。当金属框下降h=0.5 m时，框内产生了Q=0.9 J的热量，这时金属框的cd边仍在磁场外。不计空气阻力，g取10 m/s2。试求此时金属框中感应电流的大小和方向。
解 根据能量守恒，mgh=■mv2+Q
再由，E=BLv，I=■
解得：v=1 m/s，I=0.2 A，根据右手定则，电流方向为abcda（逆时针）。
定性分析：若v=1 m/s，金属框做加速度减小的加速运动，平均速度大于0.5 m/s，下降0.5 m的距离所用的时间小于1 s;速度1 m/s是此过程中的最大速度，此时的最大电流I=0.2 A。综合以上两点可得线框下降0.5 m的距离所产生的焦耳热Q<I2RT=0.04 J，即在此运动过程中金属框产生的热量不可能为0.9 J。
定量分析：由牛顿第二定律对金属框列出微分方程为：
mg-■=m■
经分离变量积分可得：
v=■（1-e■）? ? ? （1）
x=■vdt=■t-■（1-e■） （2）
实际上，金属框下降h=0.5 m时，下落时间、末速度、过程中的焦耳热都已经确定。先由（2）式可得t=0.3171 s（小数点后保留4位）;再由（1）式可得瞬时速度大小为v=3.1456 m/s;最后，由能量守恒定律可得框内产生的热量Q=0.0105 J。因此，本题金属框下降h=0.5 m与框内产生的热量Q=0.9 J属于条件重复设置，但不符合自洽性。
题设数据重复设置，优点很明显：一是能够拓展命题素材。原本超出中学考试要求的一些物理过程、物理方法，通过如此方法处理，降低了难度，变成不超纲;二是能够预设考查功能。通过对部分结果的赋值，引导学生从命题者的考查意图出发来解决问题，实现了命题者的考查预设[2]。但是，也埋下了一个隐患，若数据设置不当，会导致不自洽，变成废题、错题。
【避坑建议】
验证题设数据或改用字母表示。
高中物理出现数据不自洽问题，主要表现在三个地方：
一是电磁感应中非匀变速运动问题，往往题设运动过程中的位移、速度、时间、电量、焦耳热等物理量，遵守着比较隐性的物理规律，有一个确定，其他物理量就唯一确定了。命题时为了避开微分方程的求解，对物理量进行重复赋值，这是可以的，但一定要注意数据的自洽性。命题者必须运用高等数学知识进行验证，使其尽量等于或接近理论值，如2012年天津高考卷第11题就做得很好。
二是汽车以恒定功率运动与导体棒切割磁感线运动，它们的运动规律都存在极限过程，理论上，经过无限长时间才达到最大速度。若在设置达到最大速度的时间或位移时所给数据过小，运用不同计算方法得出的结果将存在矛盾、不自洽。考题的科学性是极强的，在数据设置时必须要注意到自洽性的要求，如2009年上海高考卷第20题，在设置数据时就注意了这个问题[3]。
三是运动轨迹为摆线问题，为了避开中学阶段复杂的运动合成与分解，往往也要将题设条件重置，这时必须考虑数据的自洽性。如2008年的江苏高考卷第14题，2013年的福建高考卷第22题，都做得“天衣无缝”，达成了命题的意图。
当然，若字母运算不是太复杂，也可以改用字母表示题设物理量，在此不再赘述。
3? ? 物理过程靠“臆想”
在试题编制的时候，为了考查学生特定的能力或素养，经常采用去情景化手段，创设一些理想化物理过程。从题面与解答上看都没有任何问题。但是，实际上此物理过程只是命题者的“臆想”而已，根本不可能存在。
例3 用水平力F=30 N拉着一个质量为2 kg的物体在水平面上由静止开始做匀加速直线运动，某时刻将力F随时间均匀减小到0。整个过程物体所受的摩擦力大小随时间变化如图4中的实线所示，求：
（1）物体做匀加速直线运动的加速度大小;
（2）整个过程物体运动的时间;
（3）物体做匀加速直线运动发生的位移。
解 （1）由牛顿第二定律知：
a=■
解得，a=5 m/s2
（2）由图像知30 s末，物体开始静止，所以运动时间为30 s。
（3）由图像知加速时间为10 s，所以有：
x=■at2
解得：x=250 m
分析：此题是2018年某市质检题，此后广为流传。用图像提供物体运动过程，解答也是合情合理。
我们换个视角审视，就会发现此物理过程根本不可能发生。从动量定理角度分析，0～30 s内，图中水平力F与时间轴围成的面积大于摩擦力与时间轴围成的面积，即水平力F冲量大小大于摩擦力冲量大小，也就是说30 s末物体不可能处于静止状态。不是命题者想让其停止运动，物体就会停止运动的。
【避坑建议】
关注运动的连续性。
此类命题错误一般存在于对“运动速度不可能突变”的物理本质的忽视。物体在运动过程中力、加速度可以突变，速度是不能突变的。至于碰撞问题，其本质是速度变化的时间很短，对整个运动而言，忽略了变化的时间，并非速度可以突变。认清运动速度的连续性可以避免“臆想”出不可能发生的物理过程。用图像表达物理过程时，也容易忽视其运动的连续性。
又如，一质点沿 Ox 轴运动，t=0 时刻起，其位移随时间变化的图像如图5所示，其中图线 0～1 s 内为直线，1～5 s 内为正弦曲线，二者相切于 P 点，则（? ? ）
A.0～3 s 内，质点的路程为 2 m
B.0～3 s 内，质点先做减速运动后做加速运动
C.1～5 s 内，质点的平均速度大小为 1.5 m/s
D.3 s 末，质点的速度大小为 2 m/s
解 根据对称性知，1 s 末的速度与 3 s 末的速度等值反向，由于 1 s 末质点的速度大小为 2 m/s，故 3 s 末质点的速度大小为 2 m/s，D 选项正确。
实际上，题设条件“二者相切于 P 点”是“臆想”条件，求导可知正弦曲线在1、3、5 s时刻的切线斜率大小为2.34，不是2，不是画得似相切，就真的相切，违背了运动的连续性。
4? ? 问题设置超考纲
高中阶段的许多物理概念、規律，往往只在特定情况下适用。教师对特定条件理解片面化、狭隘化;或对特定条件扩大化、普适化，会造成超出中学物理教学要求，也就是超出考纲了。因此，在命题时要注意问题设置不能超考纲;教师不能因自身的知识欠缺，编制出很多错题，更不能用错误的解析去自圆其说。
例4 如图6所示，圆环a和b的半径之比r1：r2=2：1，用粗细相同、同样材料的导线构成。连接两环的导线电阻不计，匀强磁场的磁感应强度始终以恒定的变化率变化。那么，当只有a环置于磁场中与只有b环置于磁场中两种情况下，A、B两点的电势差之比为（? ? ）
A. 1：1? ? B. 2：1
C. 3：1? ? D. 4：1
本题给出的正确答案为B选项。
解 只有a环置于磁场中，a环就是电源，b环为电路;只有b环置于磁场中，b环是电源， a环为电路;运用法拉第电磁感应定律、闭合电路欧姆定律和电阻定律得出答案。
在感生现象中，感生电动势存在于整个电路，不能认为只有某一部分存在电动势。要求解A、B两点的电势差，需要用基尔霍夫方程组求解。高中阶段对内电路上的电势差，考纲明确删除。2019年全国高考理综课标I卷的第20题，问题设置就很好地回避了。
【避坑建议】
用心钻研，恰当回避。
“给学生一杯水，教师要有一桶水。”对游走于大学物理与中学物理之间的物理概念、规律，教师应该用心钻研，精准把握。在命题时，问题设置应恰当回避，以免超纲。
除了感生电动势外，高中物理命题中需要恰当回避的还有以下几点。
（1）质点系的功能关系，高中物理教学不做要求，需回避外力对“形变人体”的做功问题。如2013年天津物理高考卷第2题，就出现标准答案漏选D选项。
（2）交流电路中，存在电容、电感、二极管等非纯电阻器件时，在讨论电路分流问题、功率问题时，可能涉及交流相位、功率因数问题，在问题设置时要尽量回避。如2014年全国课标Ⅱ卷第21题，其标准答案就备受争议，至今不了了之。
（3）高中物理对电势概念没有深入探讨，电势能的系统性也仅仅了解而已，更没有明确提出势能定义式以及准确表述。高中阶段都是基于场源恒定的基础上讨论电势、电势能的，在电容器的动态问题（相当于场源变化了）中，尽量回避电势和电势能的考查。如2016年天津高考理综卷第4题，对C选项的解释就存在问题;2009年福建理综卷第15题，B、C选项也是超纲的。
（4）温度相同时，不同结构的分子平均动能一般不同，命题时最好避开不同物质相同温度的分子平均动能大小比较。
5? ? 结束语
在信息技术高度发达的今天，有瑕疵或错误的试题也在快速、广泛地传播，因此，命题的科学性、严谨性显得特别重要。在核心素养视角下，高中物理的命題要求是：有真实的情境——落实模型建构思维，有恰当的问题设置——有效考查能力与素养，有规范、严谨的表达——适合阅读和思考。命制题目的每个环节都是技术与艺术的融合，在命制过程中有许许多多意想不到的“坑”，限于篇幅不能一一举例说明，谨以此文抛砖引玉，使得命题不犯错，也使得学生不要将时间浪费在错题或废题上。
参考文献：
[1]渠雷雷，赵永乐.命制电磁感应习题应注重自洽性检验[J].中学物理，2016，34（03）：16-17.
[2]丁佐建.题设条件的重复设置和自洽性研究——对一类电磁感应习题的深度剖析[J].教学月刊中学版（教学参考），2013（6）：62-65.
[3]张前军.谈导体棒切割磁感线运动问题的命制[J].物理教学，2011，33（10）：40-41.
（栏目编辑? ? 陈? 洁）
