以大學普通物理學知識為背景的“探究式”高考題賞析

1、原創(chuàng)以大學普通物理學知識為背景的探究式”高考題賞析147285doc高中物理的''探究式”高考題賞析?物理教師？第8期2018年全國大部分省市都將進入新課程高考，''新課標的課程目標是高考命題改革所要追求的目標之一。新課程標準提出要讓學生經(jīng)歷科學探究過程，認識科學探究的意義，嘗試應(yīng)用科學探究的方法研究物理咨詢題，驗證物理規(guī)律。通過物理概念和規(guī)律的學習過程，了解物理學的研究方法，認識物理實驗、物理模型和數(shù)學工具在物理學進展過程中的作用。這些要求在近幾年高考試題中表達得尤為突出。在考查基礎(chǔ)知識、差不多技能和差不多思想方法的基礎(chǔ)上，探究式高考題注重考查學生的創(chuàng)新意識與

2、分析能力。綜觀近幾年高考題，以大學一般物理學知識為背景的探究式高考題可分為五類：''物理公式合理性探究題，''物理實驗類比法探究題，''物理因素推理式探究題，''物理概念建模式探究題，''物理量求解開放式探究題。本文精選幾例供大伙兒賞析。1. ''物理公式合理性探究題一個物理公式總是有使用條件的，在使用它之前，一定要先搞清晰所要處理的咨詢題是否滿足該條件，切不可拿來就用。得到一個公式之后，假設(shè)要判定其對錯，最簡單的方法之一是看等式兩端的單位是否一致。一個公式在物理上是否合理也是至關(guān)重要的，通常的判不

3、方法是，看它在專門或極端情形下能否成立。例1.09年北京理綜圖1為一個內(nèi)、外半徑分不為和R2的圓環(huán)狀平均帶電平面，其單位面積帶電量為。取環(huán)面中心。為原點，以垂直于環(huán)面的軸線為x軸。設(shè)軸上任意點P到。點的距離為x,P點電場強度的大小為E。下面給出E的四個表達式式中k為靜電力常量，其中只有一個是合理的。你可能可不能求解此處的場強E,然而你能夠通過一定的物理分析，對以下表達式的合理性做出判定。依照你的判定，E的合理表達式應(yīng)為A.E2k;R1二二xBE2k,-x-xx2R2,x2R22x2R2x2R22解析：依照原那么我們能第一排除選項A。因為它的單位是Nm/C,而E的單位是N/C。依照原那么我們能排

4、除選項C和D。因為圓環(huán)電荷是對稱分布的，因此圓心處的場強E 0。我們能夠取一些專門的點，令x 0,而現(xiàn)在選項 C中的場強E 0。我們在極端情形下用極限的思維方式去摸索，假如RiR2，那么所求場強E應(yīng)該是0,而現(xiàn)在選項D中的場強E0。應(yīng)選項B正確。例2.08年北京理綜有一些咨詢題你可能可不能求解，然而你仍有可能對這些咨詢題的解是否合理進行分析和判定。例如從解的物理量單位，解隨某些量變化的趨勢，解在一些專門條件下的結(jié)果等方面進行分析，并與預(yù)期結(jié)果、實驗結(jié)論等進行比較，從而判定解的合理性或正確性。舉例如下：如下圖。質(zhì)量為M傾角為的滑塊A放于水平地面上。把質(zhì)量為m的滑塊B放在A的斜面上。忽略一切摩擦，

5、有人求得B相對地面的加速度aMmgsin，式中g(shù)為重力加速度。Mmsin關(guān)于上述解，某同學第一分析了等號右側(cè)量的單位，沒發(fā)覺咨詢題。他進一步利用專門條件對該解做了如下四項分析和判定，所得結(jié)論差不多上''解可能是對的。然而，其中有一項為哪一項錯誤的。請你指出該項。A.當0：時，該解給出a0,這符合常識，講明該解可能是對的B.當90：時，該解給出ag,這符合實驗結(jié)論，講明該解可能是對的C.當Mm時，該解給出agsin，這符合預(yù)期的結(jié)果，講明該解可能是對的D.當mM時，該解給出a鼠，這符合預(yù)期的結(jié)果，講明該解可能是對的sin解析：正如題干所述，依照原那么某同學第一分析了等號右側(cè)量的單

6、位，沒發(fā)覺咨詢題。依照原那么一個公式在物理上是否合理也是至關(guān)重要的，通常的判不方法是，看它在專門或極端情形下能否成立。選項A、B分不取了0：和90；這兩類專門情形，因此差不多上正確的。接著我們在極端情形下用極限的思維方式去摸索，當Mm時，1 (m M )a 2 g sin1 (m M )sin(Mm)1gsin。而當mM時，a2gsin(Mm)sing sing。因此選項C正確，選項D的分析是錯誤的。那么B相對地面的加速度是如何求出來的呢？它的解法如下:設(shè)滑塊B的加速度為am,滑塊A的加速度為aM。以滑塊A、B為系統(tǒng)研究，水平方向上系統(tǒng)不受外力，動量守恒，取向右的方向為正方向，有:m(Vm)x

7、Mvm將上式對時刻t求一階導數(shù)，得：m(am)xMaM對滑塊B分析，如下圖3BA 'mgsin/圖3B在A上下滑，以A為參照物，那么B受到一個慣性力F慣maM方向與A加速度方向相反。因此B相對A下滑。由牛頓第二定律有：mamgsinmaMcos因為:因此B水平方向和豎直方向的絕對加速度由上式可知:(am )x(am )ya sinacosaM(gsinaMcos)cosaM聯(lián)立式，得:(am )x(am)yM cosM msin2 (M m)sin M msin2gsingsin因此，B相對地面的加速度為:am"i：( am ) x(am ) yM22Mmsin2m2sin2

8、MHms?gsin2. ''物理實驗類比法探究題類比是物理思維的差不多方法，它是一種推理。類比推理是依照兩個（或兩類）對象在某些屬性或關(guān)系上相似而推出它們在另一個屬性或關(guān)系上也可能相似的一種推理形式。巧用類比法把抽象的物理咨詢題化難為易，能夠給我們的解題帶來方便。例3.2018年四川卷圖4為''雙棱鏡干涉實驗裝置，其中S為單色光源，A為一個頂角略小于180：的等腰三角形棱鏡，P為光屏。S位于棱鏡對稱軸上，屏與棱鏡底邊平行。調(diào)劑光路，可在屏上觀看到干涉條紋。這是由于光源S發(fā)出的光經(jīng)棱鏡作用后，相當于在沒有棱鏡時，兩個分不位于圖中S1和S2位置的相干波源所發(fā)出的光的

9、疊加。S1和S2的連線與棱鏡底邊平行S和S2的位置可由其它實驗方法確定，類比''雙縫干涉測波長的實驗，能夠估量出假設(shè)要利用''雙棱鏡干涉測量光源S發(fā)出的單色光的波長時，需要測量的物理量是：,和O答案：&與S2間的距離，S或&與光屏間的距離，干涉條紋間距。解析：由楊氏雙縫干涉實驗可知，只有相干光源發(fā)出的光互相疊加時，才能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。''雙棱鏡干涉也能在屏上觀看到干涉條紋，這確實是講它確信有相干光源。正如題干所講由于光源S發(fā)出的光經(jīng)棱鏡作用后，相當于在沒有棱鏡時，兩個分不位于圖中S1和S2位置的相干波源所發(fā)出的光的疊加。在兩光束相交

10、的區(qū)域放置觀看屏，在P1,P2區(qū)間就能夠觀看到干涉條紋。那么S1和$2就相當于楊氏實驗中的雙縫，因此兩虛光源§與S2間距離D就相當于楊氏實驗x1公式中的d,Si或&與光屏間的距離L就相當于公式中的1。因此，自然得出雙棱鏡中的x。測量光源S發(fā)出的單色光的波長只需將公式變形為DDx0L例4.2005年江蘇高考題1801年，托馬斯楊用雙縫干涉實驗研究了光波的性質(zhì)。1834年，洛埃利用單面鏡同樣得到了楊氏干涉的結(jié)果（稱洛埃鏡實驗）。1洛埃鏡實驗的差不多裝置如下圖4,S為單色光源，M為一平面鏡。試用平面鏡成像作圖法在答題卡上畫出S經(jīng)平面鏡反射后的光與直截了當發(fā)出的光在光屏上相交的區(qū)域。

11、2設(shè)光源S到平面鏡的垂直距離和到光屏的垂直距離分不為a和L,光的波長為，在光屏上形成干涉條紋。寫出相鄰兩條亮紋（或暗紋）間距離x的表達式。光屏洛埃鏡實驗也能演示干涉現(xiàn)象，那么它確信有相干光波源。光源S由平面鏡反射后的光線能夠視為虛光源S發(fā)出的光線，直截了當傳播光和反射光是相干光。物點S及其像點S就相當于楊氏實驗中的雙縫，S與S間距離2a就相當于楊氏實驗x-公式中的d,Sd或S與光屏間的距離L就相當于公式中的1。因此，自然得出洛埃鏡中的x-工的2a公式。光屏P3. ''物理因素推理式探究題例5.07年寧夏理綜由絕緣介質(zhì)隔開的兩個同軸的金屬圓筒構(gòu)成圓柱形電容器，如下圖6。試依照你學

12、到的有關(guān)平行板電容器的知識，估量阻礙圓柱形電容器電容的因素答案：H, R1, R2,正對面積、板間距離、極板間的介質(zhì)圖7正對面積S ,板間S由平行板電谷器電谷公式C可知，阻礙電容大小的因素有:4kd距離d,極板間的介質(zhì)，即該圓柱形電容器中的H,Ri,R2,r4. ''物理概念建模式探究題例6.02年上海磁場具有能量，磁場中單位體積所具有的能量叫做能量密度,式中B是磁感強度，是磁導率，在空氣中為一常數(shù)。為了近似測得條形磁鐵磁極端面鄰近的磁感強度B,一學生用一根端面面積為A的條形磁鐵吸住一相同面積的鐵片P,再用力將鐵片與磁鐵拉開一段微小距離l,并測出拉力F,如下圖8。因為F所作的功

13、等于間隙中磁場的能量，因此由此可得磁感強度B與F、A之間的關(guān)系為B。答案：2FA題中用淺顯的語言,4描述了一個新的物理概念：能量密度，并在示意圖中清晰地表達了估測的裝置，考生只要依照圖文所提供的信息，明白得了能量密度的概念，就可簡單的建立拉力F做功與磁端面、 l構(gòu)成的區(qū)域中磁場能量的關(guān)系的物理模型。例7.(09年全國)材料的電阻率 隨溫度變化的規(guī)律為o(1 t),其稱為電阻恒溫系數(shù)，0是材料在t 0,C時的電阻率。在一定溫度范疇內(nèi)是與溫度無關(guān)的常量，金屬的電阻一樣隨溫度的增加而增加，具有正溫度系數(shù)；而某些非金屬如碳等那么相反，具有負溫度系數(shù)，利用具有正負溫度系數(shù)的兩種材料的互補特性，可制成阻值

14、在一定溫度范疇內(nèi)不隨溫度變化的電阻。，在0：C時，銅的電阻率為1.7108m,碳的電阻率為3.5108m；在0C鄰近，銅的電阻溫度系數(shù)為3.9103；C1,碳的電阻溫度系數(shù)為415.010C。將橫截面積相同的碳棒與銅棒串接成長1.0m導體，要求其電阻在0C鄰近不隨溫度變化，求所需碳棒的長度忽略碳棒和銅棒的尺寸隨溫度的變化。解析：''各種材料的電阻率一樣都隨溫度的變化而變化，金屬的電阻率隨溫度的升高而增大。這是新課標教材的內(nèi)容。關(guān)于電阻率隨溫度變化的咨詢題，考生平常專門少接觸這類咨詢題，對此題是一種生疏概念，容易被卡住在思路上。此題通過給出電阻率隨溫度變設(shè)所需碳棒的長度為化的關(guān)系

15、式，考查學生在解決實際咨詢題中構(gòu)建物理模型的能力。L1,電阻率為1,電阻恒溫系數(shù)為1;銅棒的長度為L2,電阻率為2,電阻恒溫系數(shù)為2。依照題意有110(11t)220(12t)式中10、20分不為碳和銅在0：C時的電阻率。設(shè)碳棒的電阻為R,銅棒的電阻為R2,有R11SR22S式中S為碳棒與銅棒的橫截面積。碳棒和銅棒連接成的導體的總電阻和總長度分不為L0L1L2式中L01.0m聯(lián)立以上各式得：R1020kJL20-L2tSSS要使電阻R不隨溫度t變化，式中t的系數(shù)必須為零。即10 1 L120 2 L20聯(lián)立得：Li巴一Lo202101代入數(shù)據(jù)解得：L1 3.8 103 m5.''

16、;物理量求解開放式探究題例8.(03年江蘇)圖9所示為一根豎直懸掛的不可伸長白輕繩，下端栓一小物塊A,上端固定在C點且與一能測量繩的拉力的測力傳感器相連。有一質(zhì)量為m0的子彈B沿水平方向以速度V。射入A內(nèi)未穿透，接著兩者一起繞C點在豎直面內(nèi)做圓周運動。在各種阻力都可忽略的條件下測力傳感器測得繩的拉力F隨時刻t的變化關(guān)系如下圖10。子彈射入的時刻極短，且圖9中t0為A、B開始以相同速度運動的時刻。依照力學規(guī)律和題中包括圖提供的信息，對反映懸掛系統(tǒng)本身性質(zhì)的物理量例如A的質(zhì)量及A、B一起運動過程中的守恒量，你能求得哪些定量的結(jié)果？解析：此題屬結(jié)論開放型試題，需要求解的物理量沒有明確給出。此類試題對學生的創(chuàng)新意識考查比較好，因此現(xiàn)在高考屢有顯現(xiàn)。該題要緊考查學生圓周運動、動力學及動量、機械能有關(guān)章節(jié)知識，需要學生能結(jié)合圖象，運用數(shù)學知識去探究，具有較強的綜合性。由圖9可直截了當看出，A、B一起圓周運動周期為T2t0,設(shè)m為A的質(zhì)量，L為繩長，M為子彈擊中A后一起運動的速度也即為最低點時速度，V2為最高點時的速度。整個物理過程可分為以下三個部分。子彈擊中A一起運動，由動量守恒，得：m0v0(m0m)v1最小為0。當