應關注物理高考試題中“示意圖”的科學內涵

朱建武

(如東縣馬塘中學,江蘇如東 226401)

物理題中的“示意圖”,主要用來直觀反映物理過程、物理情景及其顯性特征,與題中的“文字描述”一起組成“題設條件”的兩大部分.顯然,高考物理題“示意圖”的科學內涵,直接影響著相關問題的科學性和試題的信度,因此不能不引起大家的關注和思考.

1 高考試題“示意圖”的科學內涵不宜模糊

題目.(2011年江蘇物理高考第8題)一粒子從A點射入電場,從B點射出,電場的等勢面和粒子的運動軌跡如圖 1所示,圖中左側前3個等勢面彼此平行,不計粒子的重力.下列說法正確的有

(A)粒子帶負電荷.

(B)粒子的加速度先不變,后變小.

(C)粒子的速度不斷增大.

(D)粒子的電勢能先減小,后增大.

本題的參考答案選(A)、(B).

評析:此題文字部分明確指出“電場的等勢面和粒子的運動軌跡如圖1所示”,但是該“示意圖”中有兩個模糊之處:一是“運動軌跡”模糊,圖中左側前3個等勢面處,能看出運動軌跡是直線,且與這3個等勢面垂直;而運動軌跡的右半部分,看上去像是“直線”,又像是“有點向下彎曲”[此題參考答案(A)對、(D)錯,正是以“軌跡向下彎曲”為條件和理由的],這對考生觀察力的要求就偏高了.二是“等勢面”內涵模糊,如果該圖中的等勢面,不是十分明確的所謂“等差等勢面”,就不可以僅僅憑“前3個等勢面彼此平行”,就確定該區域是“勻強電場”;更不可以憑“圖中越往右,等勢面越稀疏”便確定電場強度越來越小,也就沒理由確定粒子運動過程中所受電場力及加速度是“先不變,后變小”,使參考答案選項(B)沒有“科學根據”.

圖1

2 高考試題“示意圖”的科學內涵不可錯誤

題目.(2010年江蘇物理高考第9題)如圖2所示,在勻強磁場中附加另一勻強磁場,附加磁場位于圖中陰影區域,附加磁場區域的對稱軸 OO′與SS′垂直.a、b、c3個質子先后從S點沿垂直于磁場的方向射入磁場,它們的速度大小相等,b的速度方向與SS′垂直,a、c的速度方向與b的速度方向間的夾角分別為α、β,且 α＞β.3個質子經過附加磁場區域后能到達同一點 S′,則下列說法中正確的有

(A)3個質子從 S運動到S′的時間相等.

(B)3個質子在附加磁場以外區域運動時,運動軌跡的圓心均在 OO′軸上.

(C)若撤去附加磁場,a到達SS′連線上的位置距S點最近.

(D)附加磁場方向與原磁場方向相同.

本題的參考答案選(C)、(D).

評析:根據原題中的文字描述“3個質子先后從 S點沿垂直于磁場的方向射入磁場,它們的速度大小相等,b的速度方向與SS′垂直,a、c的速度方向與b的速度方向間的夾角分別為α、β,且 a＞β”,假設沒有“附加另一勻強磁場”,這3個質子的軌跡應該如圖 3所示.此“示意圖”具有3個內涵特征:(1)3個軌跡圓的半徑相同(Bqv=mr=;(2)3個軌跡圓與 SS′連線的交點,距離 S點是a最近、b最遠、c居中;(3)3個軌跡圓的圓心,只有 b的圓心在OO′直線上,a的圓心在O′點左下方,c的圓心在O′點左上方.根據特征(2)確定選項(C)正確,根據特征(3),確定選項(B)錯誤.

圖2

圖3

現在附加上原“示意圖”所示的“附加磁場(圖2中陰影區域,其對稱軸 OO′與SS′垂直)”,質子出了“陰影區域”后,再經過原磁場“能到達同一點 S′”.那么,請允許對原“示意圖”的科學內涵提出以下質疑:3個軌跡圓,如果是沒有“附加磁場”時的情況,那么3個軌跡都經過 S′,這與前述“特征(2)”相矛盾.如果是有“附加磁場”時的情況,每個軌跡的3個階段(進“附加磁場”之前、之中、之后)一直在“如圖所示”的同一個圓上嗎?顯然,無論什么情況,原“示意圖”的“示意”都是錯誤的.在此“示意圖”的引導下,考生會“因錯而對”,由圖形看出 a、b、c3個軌跡的長度是不同的,而質子的運動速率相同,所以從S運動到S'所用時間不等,(A)選項錯誤.考生也會“因錯而錯”,由圖形看出 a、b、c3個軌跡圓的“圓心均在軸上”,誤認為(B)選項正確.當然,考生因為此“圖”之錯,要確認只有(C)、(D)選項是正確的,這就難乎其難了.

為了能糾正上述“示意圖”的內涵之錯,筆者建議:3個質子進“附加磁場”之前的軌跡圓,必須“悄悄地”符合正確的“3個內涵特征”;而進入“附加磁場”之中、爾后的軌跡不必畫出.誠然,這部分軌跡的正確示意圖,要畫出也太難,進而要分析和確認(A)選項錯誤、(D)選項正確,真要下一番功夫.

綜上所述,物理高考試題“示意圖”的科學內涵,既不宜模糊不清,更不能公然失誤,以保證高考題具有無可爭辯的科學性、權威性.