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2018年AP物理力学考试解析

2018-06-16 16:04:59
对于擅长理科的中国学生来说,AP考试有两个科目属于必考项目,一个是微积分BC,另一个就是物理C的力学,原因主要在于从近几年的各科目5分率来说,这两个科目一直占据前两位的排名。甚至,很多同学会说,AP物理就是国内普通高中的内容,尤其是力学部分,只要高一学过就能考,那么结合这次同学们考完后给我的反馈,情况真的是这样吗?

首先还是老生常谈一下物理C力学部分的考试的组织结构,这门科目的考试总时间为1.5小时,选择题部分(35题)和简答题部分(3大题,每大题包含若干小题)的考试时间各为45分钟。由于物理和数学之间的紧密关系,因此,物理C部分的考试,需要学生掌握一定的微积分的基础,这个基础要求包括熟练运用求导法则找变量之间的关系(比如速度-加速度,势能-力的关系),寻求极值,运用不定积分的知识寻找特征函数的表达式,运用定积分的原理,寻找连续变量的一些加和特性(质心的求解,转动惯量表达式的推导)。当然,微积分只是工具,最为关键的还是需要运用力学相关的基本逻辑与知识体系对问题进行细致准确的分析。那么虽然微积分只是工具,很多学生觉得考试中这些积分公式都会给,我们可以查表或敲计算器来做,但是之后我们会说到,这个工具能否用好,用熟,其实决定了最终能达到的高度。同时,因为考试时间很紧张,平均每个知识点上所花费的时间不能超过2分钟,因此第一感觉判定的正确与否往往决定了最终的成绩表现,因为任何一道题,一个小问,如果卡壳了,那么基本上可以说,无法在规定时间内完成所有考试内容了,这个严峻的现实,或许很多同学们要到临考前抱佛脚的时候,才会真正体会到。然而,到了那个时候,一切都已经晚了。
 
目前College Board已经把今年考试的简答题部分公开了。我们接下来大致分析一下各题对应的知识点要求,难度系数吧。
 
第一大题是有关于重力加速度的实验设计类题目。需要值得注意的是,从2014年开始,每年的物理C大题中都会包括实验设计的内容,今年的题,在实验设计环节考察的细节并不多,然而,在数据表达上有一定的要求。尤其是作图这一块内容,很多同学都花费了很多时间去描点定坐标,然后导致来不及完成之后的内容。这题还考察了一个百分误差的计算。这个概念之前比较多地出现在化学相关的实验题(滴定结果的误差分析计算),这个信息,其实非常重要。AP物理的科目之间目前渐渐地在融合,相比之前的纯计算内容,现在的物理C力学部分的考试更注重实际应用能力的培养。因此,在平时学习中,一定要注意对数据采集,分析,处理,误差分析,以及各个数学模型的物理意义的考量。
 
该题所涉及的知识点:运动学(一维运动),位移,速度,加速度的表达关系,实验数据处理和误差分析能力。
 
难度系数:★★
繁琐程度:★★★

接下来我们来看第二题,第二题主要涉及动量守恒相关的计算。对于动量守恒的概念来说,很多同学的印象就是“碰撞->弹性/非弹性特征判定->能量守恒”这个逻辑脉络。但是,这道题对概念的挖掘相对更深入,要求大家对impulse有一个非常深刻的理解,从牛顿第三定律,作用力与反作用力的角度,考虑动量守恒以及相互之间impulse的“净结果”为零这个点去想问题。然后,将碰撞中的直接能量变化通过弹簧进行“缓释”,这进一步增加了问题的复杂性。但是,万变不离其宗,只要能清晰地把碰撞前后的动量,能量关系理顺,以及运用微积分的方法对冲量进行正确的计算,这道题就迎刃而解了。
 
该题所涉及的知识点:动量,冲量,能量守恒的基本概念,碰撞过程的细节分析。
 
难度系数:★★★
繁琐程度:★★
最后的压轴题,不出意料,还是转动类型的题目。根据这几年的规律,一般最后的压轴题基本和转动,振转结合,平转结合,物理摆等类型的问题相关。今年也不出例外,考察的是转动中的基本概念。之前在授课的时候,反复强调了连续物体的转动惯量的积分计算步骤,尤其是细杆,圆筒,圆环,球体等规则物件的转动惯量的计算,以及互相之间组合后的新惯量的计算方法。这次果然又出现了类似的内容。但是,很多同学告诉我由于在前两题中耗费了太多时间,所以来不及细看第三题。这也告诉我们,合理分配时间对于物理C力学部分考试的重要意义。在惯量计算完成后,又是经典的“只转不滑”类型的问题,这类问题的核心在于摩擦力的大小方向和作用方式的精确考量。如果上述环节都能打通,那么最后一小问涉及的动能势能转化问题,则是相对容易解决的内容了。
 
该题所涉及的知识点:转动运动的基本描述,力矩,转动惯量的计算,转动斜坡问题的受力分析,机械能守恒。
 
难度系数:★★★
繁琐程度:★★

综上所述,2018年AP物理力学部分的主观题内容从整体上看,还是属于比较中规中矩的命题模式。虽然根据以往规律,该科目的正确率只要达到60%以上就有希望获得5分,但是,还是建议大家在备考的时候注意以下三个问题:
第一,微积分部分内容的熟练程度。之前有学生和我沟通,说力学部分的微积分内容就算全部放弃,问题也不大。那么大家看到,这次考试中,每个大题都涉及到了相应的微积分的内容,所以,对于这部分内容来说,还是要引起必要的重视。只有夯实了数学基础,物理学习才能走得又快又稳。
 
第二,重视实验类型内容的训练,这包括AP规定的物理实验内容,熟悉相应的设备名称和基本工作原理,相应的数据表达处理方法(有效数字和作图法则)和误差分析思路。
 
第三,基本物理概念的深刻认识,这不仅仅停留在死背概念定义和刚性刷题过程,必须多思考,多问自己为什么。搞清楚这些概念之间的逻辑联系,这样的话,才能达到“人剑合一”,把相关的公式(剑)牢记在心并能熟练运用和变化。
 
最后,大家都看到了,考试的难度分配并不是由简到难的过程,所以,希望大家在考试中要做到合理利用分配时间,争取把自己掌握的内容都能正确地完成,那么相信大家都能在之后的AP考试中取得理想的成绩。

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