2010年高考物理創新題漫談

張北春

(安徽懷寧縣高河中學,安徽懷寧 246121)

高考是一種選拔性考試,目的是要在眾多考生中選拔出“具有學習潛能”的學生.物理創新題是高考命題的一個新方向,近年來高考物理試題通過對試題情景的創新、試題形式的創新和試題解法的創新,有效地檢驗了考生的創新思想和創新能力,有力地推動了中學物理創新教育的發展.下面以2010年各地高考題為例分類進行解析,供學生們參考.

1 物理學史創新題

圖1

例1.(安徽卷)伽利略曾設計如圖1所示的一個實驗,將擺球拉至 M點放開,擺球會達到同一水平高度上的 N點.如果在E或F處有釘子,擺球將沿不同的圓弧達到同一高度的對應點;反過來,如果讓擺球從這些點下落,它同樣會達到原水平高度上的 M點.這個實驗可以說明,物體由靜止開始沿不同傾角的光滑斜面(或弧線)下滑時,其末速度的大小

(A)只與斜面的傾角有關.

(B)只與斜面的長度有關.

(C)只與下滑的高度有關.

(D)只與物體的質量有關.

解析:伽利略的理想斜面和擺球實驗,斜面上的小球和擺線上的小球好象“記得”起自己的起始高度,實質上動能與勢能的轉化過程中,總能量不變.物體由靜止開始沿不同傾角的光滑斜面(或弧線)下滑時,高度越大,初始的勢能越大,轉化后的末動能也就越大,速度越大,(C)正確.答案:(C).

創新之處:以物理史料和探究類問題為背景編擬試題,體現新課程“注重科學探究,提倡學習方式多樣化”的理念.培養學生的科學創新精神和提高創新能力是落實素質教育的核心,在中學物理教學中實施創新教育,物理學史有著重要的作用.

2 特性相似創新題

例2.(天津卷)在靜電場中,將一正電荷從a點移到b點,電場力做了負功,則

(A)b點的電場強度一定比a點大.

(B)電場線方向一定從b指向a.

(C)b點的電勢一定比a點高.

(D)該電荷的動能一定減小.

解析:本題考查電場力做功與電勢能的變化、電勢和電場線的有關知識.在靜電場中,正電荷從a點移到b點,電場力做負功,是從低電勢移到高電勢處,電勢能增加,(A)、(D)錯誤,(C)正確;但電場線方向不一定從b點指向a點,(B)錯誤.答案(C).

創新之處:電場力做功可以借助電場力做功的特性與重力做功的特性相似來分析,當重力對物體做正功時,重力勢能減少,當重力對物體做負功時,重力勢能增加.在電場中,不管是哪種電荷,只要是電場力對移動電荷做了正功,該電荷的電勢能一定減少,反之,電場力做了負功,該電荷的電勢能一定增加,且電場力做功的多少等于電勢能變化的多少.

3 圖像信息類創新題

圖2

例3.(廣東卷)圖 2是某質點運動的速度圖像,由圖像得到的正確結果是

(A)0～1 s內的平均速度是2 m/s.

(B)0～2 s內的位移大小是3 m.

(C)0～1 s內的加速度大于2～4 s內的加速度.

(D)0～1 s內的運動方向與2～4 s內的運動方向相反.

(B)由面積法知:0～2 s的位移 s=3 m;(C)用斜率求出0～1 s的加速度:a1=2 m/s2、2-4 s的加速度a2=1 m/s2,因而:a1＞a2;D.0～1 s、2～4 s兩個時間段內速度均為正,表明速度都為正向,運動方向相同.答案(B)、(C).

創新之處:圖像信息類問題,涉及的內容比較豐富,構思新穎,主要考查考生的閱讀理解、捕捉信息、分析推理、觀察判斷、歸納概括和探究等多種能力.解答這類問題,對題中的圖像要細微觀察,從而迅速、準確地捕捉到有用的信息.從勻變速直線運動的速度圖像中可以獲取:(1)某時刻對應的瞬時速度以及某個速度值對應的時刻;(2)某段時間內的速度的變化量;(3)某段時間內的位移.

4 聯系實際類創新題

例4.(安徽卷)為了對火星及其周圍的空間環境進行探測,我國預計于2011年10月發射第1顆火星探測器“螢火1號”.假設探測器在離火星表面高度分別為 h1和h2的圓軌道上運動時,周期分別為 T1和 T2.火星可視為質量分布均勻的球體,且忽略火星的自轉影響,萬有引力常量為G.僅利用以上數據,可以計算出(A)火星的密度和火星表面的重力加速度.(B)火星的質量和火星對“螢火1號”的引力.(C)火星的半徑和“螢火1號”的質量.

(D)火星表面的重力加速度和火星對“螢火1號”的引力.

創新之處:以物理學前沿及科技新成果為背景編擬試題,體現新課程“注意學科滲透,關心科技發展”的理念.本題以火星探測器“螢火1號”為背景,涉及到受力問題和運動問題知識點,考查理解能力和處理物理問題的能力,體現了《考試大綱》中對“理解物理概念、物理規律的確切含義,理解物理規律的適用條件,理解相關知識的區別和聯系”能力要求.

5 連鎖變化創新題

圖3

例 5.(天津卷)為探究理想變壓器原、副線圈電壓、電流的關系,將原線圈接到電壓有效值不變的正弦交流電源上,副線圈連接相同的燈泡 L1、L2,電路中分別接了理想交流電壓表 V1、V2和理想交流電流表A1,A2,導線電阻不計,如圖3所示.當開關S閉合后

(A)A1示數變大,A1與A2示數的比值不變.

(B)A1示數變大,A1與A2示數的比值變大.

(C)V2示數變小,V1與V2示數的比值變大.

(D)V2示數不變,V1與V2示數的比值不變.

解析:命題意圖:以變壓器動態問題為背景考查考生綜合分析能力及邏輯思維能力.因為變壓器的匝數與U1不變,所以電壓表V1的示數和電壓表V2的示數不變.(C)錯誤,(D)正確;當 S閉合后,因為負載電阻減小,故次級線圈中的電流 I2增大,由于輸入功率等于輸出功率,所以 I1也將增大,但因為變壓器的匝數不變,(B)錯誤,(A)正確.答案:(A)、(D).

創新之處:電路一般由電源、用電器、連接導線和控制設備等組成,中學物理中所涉及到的電學元件不多,而且必須歸結為簡單的串并聯電路,所以電路比較簡單.在閉合電路中,當部分元件的阻值發生變化,或內、外電路的結構發生改變時,都會發生一系列的連鎖變化.

6 社會熱點創新題

例6.(福建卷)中國已投產運行的1 000 kV特高壓輸電是目前世界上電壓最高的輸電工程.假設甲、乙兩地原采用500 kV的超高壓輸電,輸電線上損耗的電功率為 P.在保持輸送電功率和輸電線電阻都不變的條件下,現改用1 000kV特高壓輸電,若不考慮其他因素的影響,則輸電線上損耗的電功率將變為原來的

解析:本題以特高壓輸電這一生活情境為背景,響應了“兩會”提出的節能減排的建議,考查了用遠程高壓輸電減小能耗的知識點,具有實際意義.由P=UI可知,當輸出電壓由500 kV升高到1000 kV時,電路中的電流將為原來的一半;由P損=I2R可知輸電線上損耗的電功率將變為原來的.選項(A)正確.答案:(A).

7 設計性創新題

圖4

例7.(安徽卷)利用圖4示裝置進行驗證機械能守恒定律的實驗時,需要測量物體由靜止開始自由下落到某點時的瞬時速度 v和下落高度h.某班學生利用實驗得到的紙帶,設計了以下4種測量方案.

(A)用刻度尺測出物體下落的高度 h,并測出下落時間 t,通過 v=gt計算出瞬時速度v0.

(C)根據做勻速直線運動時紙帶上某點的瞬時速度,等于這點前后相鄰兩點間的平均速度,測算出瞬時速度,并通過計算得出高度h.

(D)用刻度尺測出物體下落的高度h,根據做勻速直線運動時紙帶上某點的瞬時速度,等于這點前后相鄰兩點間的平均速度,測算出瞬時速度 v0.

以上方案中只有一種正確,正確的是________.(填入相應的字母)

解析:本實驗就是要驗證機械能是否守恒,如果直接用重力加速度g計算速度,則相當于已經承認了機械能守恒,因此(A)、(B)錯;高度不能計算,(C)錯;因此選(D).答案:(D)

創新之處:設計性實驗題具有綜合性、開放性、探索性和創造性等特點,是高考對考生實驗能力要求提高的體現.

8 探究過程創新題

例8.(江蘇卷)在測量電源的電動勢和內阻的實驗中,由于所用的電壓表(視為理想電壓表)的量程較小,某學生涉及了如圖5所示的實物電路.

圖5

(1)實驗時,應先將電阻箱的電阻調到________.(選填“最大值”、“最小值”或“任意值”)

(2)改變電阻箱的阻值R,分別測出阻值 R0=10 Ω的定值電阻兩端的電壓U,表1兩組 R的取值方案中,比較合理的方案是________.(選填 1或 2)

表1

解析:(1)為了安全實驗,應先將電阻箱的電阻調到最大值.

創新之處:測定電源的電動勢和內電阻是高中階段電學實驗考查的重點,安全實驗、實驗誤差和圖像分析是近幾年各地高考題目的出題熱點,實驗誤差是檢驗實驗質量的量化標準.不懂得怎樣分析誤差的來源,就無法在實驗中注意到盡可能地減小誤差而提高實驗的質量;不會分析誤差的大小,就無法對實驗結論的可靠程度作出客觀的評價.因此,對實驗誤差的分析,也應當是實驗基本技能的一個重要方面.

9 數理結合類創新題

例9.(江蘇卷)制備納米薄膜裝置的工作電極可簡化為真空中間距為 d的兩平行極板,如圖6(甲)所示,加在極板 A、B間的電壓UAB作周期性變化,其正向電壓為 U0,反向電壓為-kU0(k＞1),電壓變化的周期為2τ,如圖 6(乙)所示.在 t=0時,極板B附近的一個電子,質量為 m、電荷量為e,受電場作用由靜止開始運動.若整個運動過程中,電子未碰到極板 A,且不考慮重力作用.

(2)若電子在0～200t時間內未碰到極板B,求此運動過程中電子速度 u隨時間t變化的關系;

(3)若電子在第N個周期內的位移為零,求k的值.

圖6

初速度的大小為 v1=a1τ.

(a)當0≤t-2nτ＜τ時,電子的運動速度為

依據題意有x2N-1+x2N=0.

創新之處:設置一定分值的“難題”,體現新課程“張揚個性,發展特長”的理念.本題涉及到真空勻強電場、帶電粒子在勻強電場中的運動、類平拋運動等知識點,重點考查分析綜合能力和應用數學處理物理問題的能力,體現了《考試大綱》中對“能夠把一個復雜問題分解為若干較簡單的問題,找出它們之間的聯系”和“能夠根據具體問題列出物理量之間的關系式,進行推導和求解,并根據結果得出物理結論”的能力要求.本題中帶電粒子連續做不同的運動,即類平拋運動、勻速直線運動,解題的關鍵是處理好3段運動連接點的速度大小和方向.

10 守恒思想創新題

例10.(天津卷)如圖7所示,質量 m1=0.1 kg,電阻R1=0.3 Ω,長度 l=0.4 m的導體棒 ab橫放在U型金屬框架上.框架質量m2=0.2 kg,放在絕緣水平面上,與水平面間的動摩擦因數 μ=0.2,相距0.4 m的 MM′、NN′相互平行,電阻不計且足夠長.電阻 R2=0.1 Ω的 MN垂直于MM′.整個裝置處于豎直向上的勻強磁場中,磁感應強度B=0.5 T.垂直于ab施加F=2 N的水平恒力,ab從靜止開始無摩擦地運動,始終與 MM′、NN′保持良好接觸,當ab運動到某處時,框架開始運動.設框架與水平面間最大靜摩擦力等于滑動摩擦力,g取10 m/s2.

(1)求框架開始運動時ab速度v的大小;

圖7

(2)從ab開始運動到框架開始運動的過程中,MN上產生的熱量Q=0.1 J,求該過程ab位移x的大小.

思路點撥:本題考查電磁感應、安培力、摩擦力、閉合電路歐姆定律等知識,重點考查守恒思想在電磁感應現象中的應用.在電磁感應現象中,由于導體切割磁感線或磁通量的變化而在電路中產生感應電流的過程,實質是導體克服感應電流在磁場中受到的安培力做功而將機械能或其他形式的能轉化為電能的過程.導體克服感應電流受到的安培力做了多少功,就有多少其他形式的能轉化為電能.

解析:(1)ab對框架的壓力為F1=m1g;框架受水平面的支持力 FN=m2g+F1=m2g+m1g,依題意,最大靜摩擦力等于滑動摩擦力,則框架受到最大靜摩擦力為F2=μ FN.

創新之處:守恒思想既是引導人類探索并發現新的守恒定律的思想基礎,也是歷年高考物理考查的重點和熱點.由于新課標地區高考對動量守恒定律的要求已明顯降低,所以必然會對電荷守恒定律或能量守恒定律進行重點考查.應用能量守恒定律解題時關鍵要分析清楚在所研究的物理過程中哪些形式的能量參與了轉化,哪些形式的能量增加,哪些形式的能量減少,它們的變化量分別是多少.求解能量的變化時,一可用能量變化的概念,二可用功能關系.應用守恒思想解題的方法,還可以遷移到對恒定電流電路的動態變化分析的有關問題中去,因為內、外電壓之和保持不變.