2010年高考物理创新题漫谈

张北春

(安徽怀宁县高河中学,安徽怀宁 246121)

高考是一种选拔性考试,目的是要在众多考生中选拔出“具有学习潜能”的学生.物理创新题是高考命题的一个新方向,近年来高考物理试题通过对试题情景的创新、试题形式的创新和试题解法的创新,有效地检验了考生的创新思想和创新能力,有力地推动了中学物理创新教育的发展.下面以2010年各地高考题为例分类进行解析,供学生们参考.

1 物理学史创新题

图1

例1.(安徽卷)伽利略曾设计如图1所示的一个实验,将摆球拉至 M点放开,摆球会达到同一水平高度上的 N点.如果在E或F处有钉子,摆球将沿不同的圆弧达到同一高度的对应点;反过来,如果让摆球从这些点下落,它同样会达到原水平高度上的 M点.这个实验可以说明,物体由静止开始沿不同倾角的光滑斜面(或弧线)下滑时,其末速度的大小

(A)只与斜面的倾角有关.

(B)只与斜面的长度有关.

(C)只与下滑的高度有关.

(D)只与物体的质量有关.

解析:伽利略的理想斜面和摆球实验,斜面上的小球和摆线上的小球好象“记得”起自己的起始高度,实质上动能与势能的转化过程中,总能量不变.物体由静止开始沿不同倾角的光滑斜面(或弧线)下滑时,高度越大,初始的势能越大,转化后的末动能也就越大,速度越大,(C)正确.答案:(C).

创新之处:以物理史料和探究类问题为背景编拟试题,体现新课程“注重科学探究,提倡学习方式多样化”的理念.培养学生的科学创新精神和提高创新能力是落实素质教育的核心,在中学物理教学中实施创新教育,物理学史有着重要的作用.

2 特性相似创新题

例2.(天津卷)在静电场中,将一正电荷从a点移到b点,电场力做了负功,则

(A)b点的电场强度一定比a点大.

(B)电场线方向一定从b指向a.

(C)b点的电势一定比a点高.

(D)该电荷的动能一定减小.

解析:本题考查电场力做功与电势能的变化、电势和电场线的有关知识.在静电场中,正电荷从a点移到b点,电场力做负功,是从低电势移到高电势处,电势能增加,(A)、(D)错误,(C)正确;但电场线方向不一定从b点指向a点,(B)错误.答案(C).

创新之处:电场力做功可以借助电场力做功的特性与重力做功的特性相似来分析,当重力对物体做正功时,重力势能减少,当重力对物体做负功时,重力势能增加.在电场中,不管是哪种电荷,只要是电场力对移动电荷做了正功,该电荷的电势能一定减少,反之,电场力做了负功,该电荷的电势能一定增加,且电场力做功的多少等于电势能变化的多少.

3 图像信息类创新题

图2

例3.(广东卷)图 2是某质点运动的速度图像,由图像得到的正确结果是

(A)0～1 s内的平均速度是2 m/s.

(B)0～2 s内的位移大小是3 m.

(C)0～1 s内的加速度大于2～4 s内的加速度.

(D)0～1 s内的运动方向与2～4 s内的运动方向相反.

(B)由面积法知: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两个时间段内速度均为正,表明速度都为正向,运动方向相同.答案(B)、(C).

创新之处:图像信息类问题,涉及的内容比较丰富,构思新颖,主要考查考生的阅读理解、捕捉信息、分析推理、观察判断、归纳概括和探究等多种能力.解答这类问题,对题中的图像要细微观察,从而迅速、准确地捕捉到有用的信息.从匀变速直线运动的速度图像中可以获取:(1)某时刻对应的瞬时速度以及某个速度值对应的时刻;(2)某段时间内的速度的变化量;(3)某段时间内的位移.

4 联系实际类创新题

例4.(安徽卷)为了对火星及其周围的空间环境进行探测,我国预计于2011年10月发射第1颗火星探测器“萤火1号”.假设探测器在离火星表面高度分别为 h1和h2的圆轨道上运动时,周期分别为 T1和 T2.火星可视为质量分布均匀的球体,且忽略火星的自转影响,万有引力常量为G.仅利用以上数据,可以计算出(A)火星的密度和火星表面的重力加速度.(B)火星的质量和火星对“萤火1号”的引力.(C)火星的半径和“萤火1号”的质量.

(D)火星表面的重力加速度和火星对“萤火1号”的引力.

创新之处:以物理学前沿及科技新成果为背景编拟试题,体现新课程“注意学科渗透,关心科技发展”的理念.本题以火星探测器“萤火1号”为背景,涉及到受力问题和运动问题知识点,考查理解能力和处理物理问题的能力,体现了《考试大纲》中对“理解物理概念、物理规律的确切含义,理解物理规律的适用条件,理解相关知识的区别和联系”能力要求.

5 连锁变化创新题

图3

例 5.(天津卷)为探究理想变压器原、副线圈电压、电流的关系,将原线圈接到电压有效值不变的正弦交流电源上,副线圈连接相同的灯泡 L1、L2,电路中分别接了理想交流电压表 V1、V2和理想交流电流表A1,A2,导线电阻不计,如图3所示.当开关S闭合后

(A)A1示数变大,A1与A2示数的比值不变.

(B)A1示数变大,A1与A2示数的比值变大.

(C)V2示数变小,V1与V2示数的比值变大.

(D)V2示数不变,V1与V2示数的比值不变.

解析:命题意图:以变压器动态问题为背景考查考生综合分析能力及逻辑思维能力.因为变压器的匝数与U1不变,所以电压表V1的示数和电压表V2的示数不变.(C)错误,(D)正确;当 S闭合后,因为负载电阻减小,故次级线圈中的电流 I2增大,由于输入功率等于输出功率,所以 I1也将增大,但因为变压器的匝数不变,(B)错误,(A)正确.答案:(A)、(D).

创新之处:电路一般由电源、用电器、连接导线和控制设备等组成,中学物理中所涉及到的电学元件不多,而且必须归结为简单的串并联电路,所以电路比较简单.在闭合电路中,当部分元件的阻值发生变化,或内、外电路的结构发生改变时,都会发生一系列的连锁变化.

6 社会热点创新题

例6.(福建卷)中国已投产运行的1 000 kV特高压输电是目前世界上电压最高的输电工程.假设甲、乙两地原采用500 kV的超高压输电,输电线上损耗的电功率为 P.在保持输送电功率和输电线电阻都不变的条件下,现改用1 000kV特高压输电,若不考虑其他因素的影响,则输电线上损耗的电功率将变为原来的

解析:本题以特高压输电这一生活情境为背景,响应了“两会”提出的节能减排的建议,考查了用远程高压输电减小能耗的知识点,具有实际意义.由P=UI可知,当输出电压由500 kV升高到1000 kV时,电路中的电流将为原来的一半;由P损=I2R可知输电线上损耗的电功率将变为原来的.选项(A)正确.答案:(A).

7 设计性创新题

图4

例7.(安徽卷)利用图4示装置进行验证机械能守恒定律的实验时,需要测量物体由静止开始自由下落到某点时的瞬时速度 v和下落高度h.某班学生利用实验得到的纸带,设计了以下4种测量方案.

(A)用刻度尺测出物体下落的高度 h,并测出下落时间 t,通过 v=gt计算出瞬时速度v0.

(C)根据做匀速直线运动时纸带上某点的瞬时速度,等于这点前后相邻两点间的平均速度,测算出瞬时速度,并通过计算得出高度h.

(D)用刻度尺测出物体下落的高度h,根据做匀速直线运动时纸带上某点的瞬时速度,等于这点前后相邻两点间的平均速度,测算出瞬时速度 v0.

以上方案中只有一种正确,正确的是________.(填入相应的字母)

解析:本实验就是要验证机械能是否守恒,如果直接用重力加速度g计算速度,则相当于已经承认了机械能守恒,因此(A)、(B)错;高度不能计算,(C)错;因此选(D).答案:(D)

创新之处:设计性实验题具有综合性、开放性、探索性和创造性等特点,是高考对考生实验能力要求提高的体现.

8 探究过程创新题

例8.(江苏卷)在测量电源的电动势和内阻的实验中,由于所用的电压表(视为理想电压表)的量程较小,某学生涉及了如图5所示的实物电路.

图5

(1)实验时,应先将电阻箱的电阻调到________.(选填“最大值”、“最小值”或“任意值”)

(2)改变电阻箱的阻值R,分别测出阻值 R0=10 Ω的定值电阻两端的电压U,表1两组 R的取值方案中,比较合理的方案是________.(选填 1或 2)

表1

解析:(1)为了安全实验,应先将电阻箱的电阻调到最大值.

创新之处:测定电源的电动势和内电阻是高中阶段电学实验考查的重点,安全实验、实验误差和图像分析是近几年各地高考题目的出题热点,实验误差是检验实验质量的量化标准.不懂得怎样分析误差的来源,就无法在实验中注意到尽可能地减小误差而提高实验的质量;不会分析误差的大小,就无法对实验结论的可靠程度作出客观的评价.因此,对实验误差的分析,也应当是实验基本技能的一个重要方面.

9 数理结合类创新题

例9.(江苏卷)制备纳米薄膜装置的工作电极可简化为真空中间距为 d的两平行极板,如图6(甲)所示,加在极板 A、B间的电压UAB作周期性变化,其正向电压为 U0,反向电压为-kU0(k＞1),电压变化的周期为2τ,如图 6(乙)所示.在 t=0时,极板B附近的一个电子,质量为 m、电荷量为e,受电场作用由静止开始运动.若整个运动过程中,电子未碰到极板 A,且不考虑重力作用.

(2)若电子在0～200t时间内未碰到极板B,求此运动过程中电子速度 u随时间t变化的关系;

(3)若电子在第N个周期内的位移为零,求k的值.

图6

初速度的大小为 v1=a1τ.

(a)当0≤t-2nτ＜τ时,电子的运动速度为

依据题意有x2N-1+x2N=0.

创新之处:设置一定分值的“难题”,体现新课程“张扬个性,发展特长”的理念.本题涉及到真空匀强电场、带电粒子在匀强电场中的运动、类平抛运动等知识点,重点考查分析综合能力和应用数学处理物理问题的能力,体现了《考试大纲》中对“能够把一个复杂问题分解为若干较简单的问题,找出它们之间的联系”和“能够根据具体问题列出物理量之间的关系式,进行推导和求解,并根据结果得出物理结论”的能力要求.本题中带电粒子连续做不同的运动,即类平抛运动、匀速直线运动,解题的关键是处理好3段运动连接点的速度大小和方向.

10 守恒思想创新题

例10.(天津卷)如图7所示,质量 m1=0.1 kg,电阻R1=0.3 Ω,长度 l=0.4 m的导体棒 ab横放在U型金属框架上.框架质量m2=0.2 kg,放在绝缘水平面上,与水平面间的动摩擦因数 μ=0.2,相距0.4 m的 MM′、NN′相互平行,电阻不计且足够长.电阻 R2=0.1 Ω的 MN垂直于MM′.整个装置处于竖直向上的匀强磁场中,磁感应强度B=0.5 T.垂直于ab施加F=2 N的水平恒力,ab从静止开始无摩擦地运动,始终与 MM′、NN′保持良好接触,当ab运动到某处时,框架开始运动.设框架与水平面间最大静摩擦力等于滑动摩擦力,g取10 m/s2.

(1)求框架开始运动时ab速度v的大小;

图7

(2)从ab开始运动到框架开始运动的过程中,MN上产生的热量Q=0.1 J,求该过程ab位移x的大小.

思路点拨:本题考查电磁感应、安培力、摩擦力、闭合电路欧姆定律等知识,重点考查守恒思想在电磁感应现象中的应用.在电磁感应现象中,由于导体切割磁感线或磁通量的变化而在电路中产生感应电流的过程,实质是导体克服感应电流在磁场中受到的安培力做功而将机械能或其他形式的能转化为电能的过程.导体克服感应电流受到的安培力做了多少功,就有多少其他形式的能转化为电能.

解析:(1)ab对框架的压力为F1=m1g;框架受水平面的支持力 FN=m2g+F1=m2g+m1g,依题意,最大静摩擦力等于滑动摩擦力,则框架受到最大静摩擦力为F2=μ FN.

创新之处:守恒思想既是引导人类探索并发现新的守恒定律的思想基础,也是历年高考物理考查的重点和热点.由于新课标地区高考对动量守恒定律的要求已明显降低,所以必然会对电荷守恒定律或能量守恒定律进行重点考查.应用能量守恒定律解题时关键要分析清楚在所研究的物理过程中哪些形式的能量参与了转化,哪些形式的能量增加,哪些形式的能量减少,它们的变化量分别是多少.求解能量的变化时,一可用能量变化的概念,二可用功能关系.应用守恒思想解题的方法,还可以迁移到对恒定电流电路的动态变化分析的有关问题中去,因为内、外电压之和保持不变.