2026高考蓝皮书高考关键能力培养与应用5.1　创新情境

物理专题五创新能力创新能力是指在已有经验的基础上,通过自主学习和独立思考,发现新问题、获取新知识、创造新方法、解决新问题的能力。《普通高中物理课程标准(2017年版2020年修订)》明确指出,“科学思维”作为物理学科核心素养之一,主要包括模型建构、科学推理、科学论证、质疑创新等要素。显然,“创新”属于科学思维的高级要素,是学生必须通过物理学习发展的核心素养,也是考试评价的重要考查内容。《中国高考评价体系》也提到素质教育的突出特征之一是对创新性的强调。德智体美劳全面培养的教育体系突出对创新思维的培养,国家科教兴国战略和人才强国战略也将创新型人才培养作为重要培养方向。发散思维、逆向思维、批判性思维等思维品质是创新思维的重要特征。具备良好创新思维的学生能够摆脱思维定式的束缚,善于独立思考,大胆创新创造。他们具备敏锐发现旧事物缺陷、捕捉新事物萌芽的能力,具备推测、设想并周密论证的能力,具备探索新方法、积极主动解决问题的能力。高考物理试题对创新能力的考查,主要通过创新情境、创新考法、创新模型三个维度展开,旨在检验学生灵活运用知识、建构物理模型、解决复杂问题的能力,同时引导教学改革。5.1创新情境高考物理试题通过多元化的创新情境设计,将物理知识与现实生活、科技前沿、传统文化等深度融合,全面考查学生创造性建构新的物理模型,进行新颖的推测和设想并周密论证来解决新问题。重点考查学生思维的变通性和创新性。其考查方式主要有以下五种。5.1.1联系生产劳动和生活实践的新情境高考物理试题通过联系生产劳动和生活实践的新情境考查学生能力时,其核心不仅在于知识应用,更强调在真实复杂情境中运用创新思维解决问题的能力。创新思维在这一过程中体现为多角度分析、灵活迁移、批判性改进和跨学科整合等能力。高考物理新情境试题对创新思维的考查,本质是要求学生从解题者转变为问题解决者。典型

例题

典例1

(2023山东卷,4)《天工开物》中记载了古人借助水力使用高转筒车往稻田里引水的场景。引水过程简化如下:两个半径均为R的水轮,以角速度ω匀速转动。水筒在筒车上均匀排布,单位长度上有n个,与水轮间无相对滑动。每个水筒离开水面时装有质量为m的水,其中的60%被输送到高出水面H处灌入稻田。当地的重力加速度为g,则筒车对灌入稻田的水做功的功率为(

)

[能力剖析]本题以高转筒车为素材,将《天工开物》中古代农业器械(高转筒车)转化为可定量分析的物理模型,主要考查功和功率等知识点,突破经典题型局限于现代科技的场景设定,创设了与生产生活紧密联系的物理问题情境。[信息提取与转化]序号提取有效信息关联必备知识建立物理关系文本表述隐含条件1水筒在筒车上均匀排布,单位长度上有n个,与水轮间无相对滑动,每个水筒离开水面时装有质量为m的水,其中的60%被输送到高出水面H处灌入稻田一段时间内灌入稻田的水的质量可以用m总表示对连续流体做功的功率计算推理论证

[创新能力]创新体现为引导学生主动建模,将“高转筒车”转化为连续流体动力学模型,凸显物理学在解决实际问题中的普适性。[答案]B学友聊斋

5.1.2联系体育运动和趣味游戏的新情境高考物理试题通过融入体育运动与趣味游戏的新情境考查学生能力时,其核心不仅在于物理规律的运动场景映射,更强调在动态交互情境中实现理论分析与实践创新的深度融合。创新思维在此过程中体现为对动作轨迹的精准解构、多目标优化的策略设计等能力。高考物理关于体育运动和趣味游戏的新情境试题对创新思维的考查,本质是推动学生从静态解题者转型为动态情境的实践决策者,培养其将物理原理转化为竞技优势的创新思维。典型

例题

A.90 B.120 C.150 D.180[能力剖析]以内嵌彩灯的塑料绳为背景,结合彩灯轨迹的视觉效果,激发学生兴趣,考查学生从虚拟情境中抽象物理模型的能力,将物理知识与娱乐体验结合,符合

“玩中学”

的教育理念。[信息提取与转化]序号提取有效信息关联必备知识建立物理关系文本表述隐含条件1圆弧对应的圆心角约为30°可以计算曝光时间内彩灯转过的角度占一圈的比例匀速圆周运动2可以计算转动一圈的时间T匀速圆周运动推理论证

[创新能力]传统的匀速圆周运动问题常以天体运动、转盘等为情境,本题则以生活中常见的跳绳为背景,将内嵌彩灯的塑料绳运动视为匀速圆周运动,培养了学生从实际问题中提炼物理模型的能力,体现了物理学科核心素养中的科学思维,并使物理问题更贴近生活,激发学生对物理学习的兴趣和好奇心。[答案]C5.1.3联系中华经典和传统文化的新情境高考物理试题通过融入中华经典与传统文化的新情境考查学生能力时,其核心不仅在于学科知识的文化溯源,更注重在文明传承脉络中激发创新思维与人文融通能力。创新思维在此过程中体现为用科学眼光解读古书智慧、用物理原理分析传统手艺等能力。高考物理传统文化新情境试题对创新思维的考查,本质是引导学生从知识应用者升华为文化诠释者与创新传承者。典型

例题

典例3

(2024山东卷,16)图甲为战国时期青铜汲酒器,根据其原理制作了由中空圆柱形长柄和储液罐组成的汲液器,如图乙所示。长柄顶部封闭,横截面积S1=1.0cm2,长度H=100.0cm,侧壁有一小孔A。储液罐的横截面积S2=90.0cm2、高度h=20.0cm,罐底有一小孔B。汲液时,将汲液器竖直浸入液体,液体从孔B进入,空气由孔A排出;当内外液面相平时,长柄浸入液面部分的长度为x;堵住孔A,缓慢地将汲液器竖直提出液面,储液罐内刚好储满液体。已知液体密度ρ=1.0×103kg/m3,重力加速度g取10m/s2,大气压强p0=1.0×105Pa。整个过程温度保持不变,空气可视为理想气体,忽略器壁厚度。(1)求x;(2)松开孔A,从外界进入压强为p0、体积为V的空气,使满储液罐中液体缓缓流出,堵住孔A,稳定后罐中恰好剩余一半的液体,求V。[能力剖析]本题以战国时期青铜汲酒器为背景,考查了理想气体等温变化的规律,关键在于分析清楚汲液器工作过程中气体的压强和体积的变化情况,然后运用玻意耳定律列式求解。通过本题可以体会到物理知识在古代器具中的应用,增强对物理知识实用性的理解。[信息提取与转化]序号提取有效信息关联必备知识建立物理关系文本表述隐含条件1当内外液面相平时,长柄浸入液面部分的长度为x;堵住孔A,缓慢地将汲液器竖直提出液面,储液罐内刚好储满液体缓慢将汲液器竖直提出液面的过程,封闭空气发生等温变化玻意耳定律p1(H-x)S1=p2HS1p1=p0p2=p0-ρgh联立解得x=0.02

m序号提取有效信息关联必备知识建立物理关系文本表述隐含条件2松开孔A,从外界进入压强为p0、体积为V的空气,使满储液罐中液体缓缓流出,堵住孔A,稳定后罐中恰好剩余一半的液体松开孔A,系统与大气连通,是变质量问题理想气体状态方程推理论证第(1)问:第(2)问:[创新能力]本题以使用汲液器汲取液体为素材,将战国时期青铜汲酒器转化为定量化物理模型,体现传统文化与科学原理的迁移创新,弘扬传统文化智慧,培育文化自信。其创新能力体现在原始模型的建构上,考查学生在真实情境下解决问题的能力,真正实现从解题到解决问题的转化。[解题过程](1)在缓慢将汲液器竖直提出液面的过程,封闭空气发生等温变化,根据玻意耳定律有p1(H-x)S1=p2HS1根据题意可知p1=p0由压强平衡条件可得p2=p0-ρgh=9.8×104

Pa联立解得x=0.02

m。

学友聊斋

5.1.4联系人工智能和航天科技的新情境高考物理试题通过融入人工智能(AI)与航天科技的新情境考查学生能力时,其核心不仅在于应用物理知识解决尖端科技问题,更注重在科技发展前沿激发系统思维、模型转化与跨界融合能力。创新思维在此过程中体现为用物理原理剖析知识背后的底层逻辑。本质是引导学生从被动解题者升格为科技前沿的洞察者与解决方案的协同设计者,能够理解并参与将物理定律转化为强大科技引擎的过程。典型

例题

[能力剖析]以春晚中机器人转手绢表演为背景,着重考查学生对线速度、角速度、向心加速度等关键物理量以及它们之间关系的理解和运用,让学生感受到物理知识与生活实际、文化艺术的紧密联系,增强对物理学科的认同感。[信息提取与转化]序号提取有效信息关联必备知识建立物理关系文本表述隐含条件1P、Q两点同轴转动,角速度相同圆周运动推理论证

D项:根据向心力特点,P点所受合外力指向O。

[创新能力]本题将现代科技元素与传统文化艺术形式相结合。机器人转手绢不仅展示了我国在机器人技术领域的卓越成就,还体现了传统文化在新时代的创新传承,能够极大地激发学生的学习兴趣和探索欲望。[答案]AD师语解惑

5.1.5学习探究新理论新概念的新情境高考物理试题通过创设学习探究物理新理论、新概念(如量子信息、暗物质探测等前沿领域)的新情境考查学生能力时,其核心不仅在于理解新知识本身,更注重在知识边界拓展中激发批判性思维、概念迁移与知识重构能力。创新思维在此过程中体现为用已有物理框架和方法论去类比、在新概念情境中发现与传统认知的矛盾点并尝试解释、基于有限新信息进行合理推测与建模、以及理解新理论对物理世界观乃至技术应用的潜在颠覆性影响等能力。高考物理通过新理论新概念的新情境试题对创新思维的考查,本质是引导学生从知识接受者跃升为科学探索的参与者与未来知识体系的潜在构建者,培养其面对未知领域时的科学思维韧性和创新潜能。典型

例题

典例5

螺旋星系中有大量的恒星和星际物质,主要分布在半径为R的球体内,球体外仅有极少的恒星。球体内物质总质量为m总,可认为均匀分布,球体内外的所有恒星都绕星系中心做匀速圆周运动,恒星到星系中心的距离为r,引力常量为G。(1)求r>R区域的恒星做匀速圆周运动的速度大小v与r的关系。(2)根据电荷均匀分布的球壳内试探电荷所受库仑力的合力为零,利用库仑力与万有引力的表达式的相似性和相关力学知识,求r≤R区域的恒星做匀速圆周运动的速度大小v与r的关系。(3)科学家根据实测数据,得到此螺旋星系中不同位置的恒星做匀速圆周运动的速度大小v随r的变化关系图像,如图所示,根据在r>R范围内的恒星速度大小几乎不变,科学家预言螺旋星系周围(r>R)存在一种特殊物质,称之为暗物质。暗物质与通常的物质有引力相互作用,并遵循万有引力定律,求在r=nR范围内暗物质的质量m总'。[能力剖析]本题以螺旋星系中恒星的匀速圆周运动为情境,综合考查万有引力定律的应用、均匀球体与球壳的引力模型以及暗物质存在的理论推导,涉及天体物理中的引力场分布与圆周运动动力学分析,体现了物理模型构建与类比推理的核心素养。[信息提取与转化]序号提取有效信息关联必备知识建立物理关系文本表述隐含条件1球体内外的所有恒星都绕星系中心做匀速圆周运动暗物质与通常的物质有引力相互作用,并遵循万有引力定律万有引力定律推理论证

[创新能力]本题创设了推导在不同区域的恒星做匀速圆周运动的速度大小v与r的关系以及求解螺旋星系周围暗物质的质量的科学探究问题情境,用万有引力类比库仑力,展示“用旧知识解决新问题”的科学思维,并将经典力学延伸至现代科学前沿(暗物质),引导学生在知识应用中创新(如从数据预言新物质)。

师语解惑

题号选题理由1将圆周运动与弹簧弹力结合,考查综合运用知识的能力。通过分析插销做匀速圆周运动向心力的来源,列方程求解,能有效检验学生对物理概念和规律的理解与运用能力2以趣味运动会“聚力建高塔”为背景,将实际活动转化为物理问题,考查运动的合成与分解,贴近生活且富有创新性,体现

“从生活走向物理”的理念3以我国古代点火器为情境,考查热力学第一定律等热学知识。通过分析压缩气体过程中的能量转化,能检验学生对做功改变物体内能这一知识点的理解,体现物理与科技史的结合题号选题理由4以反物质这一科学研究前沿领域物理概念为情境,让学生在新的科学情境中运用物理规律解决问题,考查学生对新知识的接受和应用能力,也体现了物理学科与前沿科学研究的联系5以“汽车电磁减震器”的工作原理为命题情境,将生活场景与电磁感应相结合,既考查了学生对物理知识的迁移能力,也体现了“从物理走向社会”的学科理念6通过建立气流与机翼相互作用的物理模型,利用动量定理来分析气流对机翼的作用力,这是飞机空气动力学的核心内容之一,展现空气动力学在机翼设计中的应用

【信息提取与转化】

序号提取有效信息关联必备知识建立物理关系文本表述隐含条件1在细绳的拉动下,半径为r的卷轴可绕其固定的中心点O在水平面内转动卷轴绕O点转动的线速度与细绳的速度相同圆周运动线速度卷轴的线速度等于细绳的速度2弹簧底端固定在管底,顶端连接质量为m、可视为质点的插销弹簧弹力提供插销做圆周运动的向心力圆周运动向心力F=mlω2序号提取有效信息关联必备知识建立物理关系文本表述隐含条件3胡克定律;圆周运动线速度【推理论证】

【创新能力】本题创新点体现在生活与物理的结合,以

“卷轴拉动”“插销卡紧端盖”

等日常操作作为物理模型,将传统机械结构转化为圆周运动模型,突破了常规水平转盘、圆锥摆等经典情境,体现了对实际场景的抽象建模能力;多物理要素的融合:通过

“弹簧弹力

+

圆周运动

+

临界状态”

的复合情境,考查学生在复杂条件下分析力与运动关系的能力,相比单一知识点的考查更具综合性。2.(2025黑吉辽蒙卷,6)如图所示,趣味运动会的“聚力建高塔”活动中,两长度相等的细绳一端系在同一塔块上,两名同学分别握住细绳的另一端,保持手在同一水平面以相同速率v相向运动。为使塔块沿竖直方向匀速下落,则v(

B

)A.一直减小

B.一直增大C.先减小后增大 D.先增大后减小【信息提取与转化】

序号提取有效信息关联必备知识建立物理关系文本表述隐含条件1两名同学分别握住绳的另一端,保持手在同一水平面以相同速率v相向运动。为使塔块沿竖直方向匀速下落手和塔块沿绳方向的速度相等。设两边绳与竖直方向的夹角为θ,θ在减小,塔块沿竖直方向匀速下落的速度为v块,则v块和v沿绳方向和垂直于绳方向分解关联速度v块cos

θ=vsin

θ【推理论证】

【创新能力】本题是以趣味运动会中的

“聚力建高塔”

活动为背景,将物理知识与实际生活中的活动相结合,这种源于生活的情境能让学生感受到物理在生活中的应用,增加了题目的趣味性和亲切感,同时也考查了学生从实际问题中抽象出物理模型的能力。学生需要根据实际情境,分析出手的速度与塔块速度之间的关系,并且要考虑到角度变化对速度关系的影响,这要求学生对关联速度知识有更深入的理解和灵活的应用能力,要突破传统题型中角度不变或已知角度关系的模式。3.(2025北京卷,1)我国古代发明的一种点火器如图所示,推杆插入套筒封闭空气,推杆前端粘着易燃艾绒,猛推推杆压缩筒内气体,艾绒即可点燃,在压缩过程中,筒内气体(

D

)A.压强变小

B.对外界不做功C.内能保持不变

D.分子平均动能增大【信息提取与转化】

序号提取有效信息关联必备知识建立物理关系文本表述隐含条件1猛推推杆压缩筒内气体气体的体积V减小,由于压缩过程时间很短,气体与外界来不及发生热交换,即Q=0,温度升高热力学第一定律以及气体压强、分子平均动能与温度的关系ΔU=W+Q,此时W>0,Q=0,所以ΔU>0【推理论证】

【创新能力】本题以我国古代点火器为背景,将传统发明

“推杆套筒点火装置”

作为物理模型,不同于常规的汽缸、活塞等现代工业情境。通过古代点火器的工作原理考查物理知识,让学生在解题中感受中国古代科技智慧,体现

“物理与文化”

的交叉融合,突破了传统习题以现代工业或实验室装置为背景的局限。4.(2025北京卷,13)自然界中物质是常见的,反物质并不常见,反物质由反粒子构成,它是科学研究的前沿领域之一。目前发现的反粒子有正电子、反质子等,反氢原子由正电子和反质子组成,粒子与其对应的反粒子质量相等,电荷等量异种,粒子和其反粒子碰撞会湮灭,反粒子参与的物理过程也遵守电荷守恒、能量守恒和动量守恒,下列说法正确的是(

A

)A.已知氢原子的基态能量为-13.6eV,则反氢原子的基态能量也为-13.6eVB.一个中子可以转化为一个质子和一个正电子C.一对正负电子等速率对撞,湮灭为一个光子D.反氘核和反氚核的核聚变反应吸收能量【信息提取与转化】

序号提取有效信息关联必备知识建立物理关系文本表述隐含条件1反氢原子由正电子和反质子组成。粒子与其对应的反粒子质量相等,电荷等量异种反氢原子与氢原子结构类似,粒子与其对应的反粒子质量相等原子核能量所以反氢原子的基态能量与氢原子相同2一对正负电子等速率对撞湮灭过程遵循动量守恒动量守恒若湮灭为一个光子,无法满足动量守恒【推理论证】

【创新能力】本题以反物质这一科学研究前沿领域为背景创设情境,反物质在日常生活中并不常见,相关知识对学生而言具有一定的新颖性,能考查学生对陌生情境的适应能力和知识迁移能力,引导学生关注科学前沿,拓宽科学视野。知识综合方面将反物质相关知识与原子能量、核反应、动量守恒等多个知识点相结合,要求学生综合运用这些知识进行分析判断,打破了知识点之间的界限,考查学生对物理知识体系的整体把握和综合运用能力,体现了对学生知识整合创新能力的考查。

【模型建构】

关键信息破题关键建构模型线框进出磁场过程安培力的冲量用电流的平均值计算电磁感应“线框”模型【推理论证】

【创新能力】本题将

“线圈进入磁场”

的物理过程与汽车减震的实际功能相关联,让学生直观感受到物理规律在现代科技中的应用,打破了物理知识

“脱离生活”

的刻板印象。题目明确

“简化的原理图”,保留核心要素(线圈、磁场、运动),忽略次要细节(如线圈间隔、橡胶杆材质等),既保持情境的真实性,又引导学生聚焦

“电磁感应+力学运动”

的本质问题,培养从复杂实际中提取物理模型的能力。

6.(2025北京卷,19)关于飞机的运动,研究下列问题。(1)质量为m的飞机在水平跑道上由静止开始做加速直线运动,当位移为x时速度为v。在此过程中,飞机受到的平均阻力为Ff,求牵引力对飞机做的功W。(2)飞机准备起飞,在跑道起点由静止开始做匀加速直线运动,跑道上存在这样一个位置,飞机一旦超过该位置就不能放弃起飞,否则将会冲出跑道。已知跑道的长度为L,飞机加速时加速度大小为a1,减速时最大加速度大小为a2,求该位置距起点的距离d。(3)无风时,飞机以速率u水平向前匀速飞行,相当于气流以速率u相对飞机向后运动。气流掠过飞机机翼,方向改变,沿机翼向后下方运动,如图所示。请建立合理的物理模型,论证气流对机翼竖直向上的作用力大小F与u的关系满足F∝uα,并确定α的值。

【信息提取与转化】

序号提取有效信息关联必备知识建立物理关系文本表述隐含条件1飞机在水平跑道上由静止开始做加速直线运动,当位移为x时速度为v,受到的平均阻力为