2011年高考江苏卷物理第5题的解析与拓展

王鹤新

(江阴市第一中学 江苏 无锡 214400)

高考题凝结了多位专家的智慧与心血，那么如何去解析高考题，拓展高考题，以便更好地把握高考的动向？本文以2011年高考江苏卷物理第5题为例进行了简单的分析.

【例题】如图1所示，水平面内有一平行金属导轨，导轨光滑且电阻不计.匀强磁场与导轨平面垂直.阻值为R的导体棒垂直于导轨静止放置，且与导轨接触良好.t=0时，将开关S由1掷到2.q，i，v和a分别表示电容器所带的电荷量、棒中的电流、棒的速度和加速度.下列图像中正确的是

图1

解析：将开关S由1掷到2，电容器充完电后(电容器两极板的电压UC=E)开始放电，即q减小.由

可知UC减小，回路中产生放电电流.导体棒在安培力作用下开始向右加速，即v增加.一旦加速，导体棒就会切割磁感线产生感应电动势(上端正，下端负)，在整个回路中起到反串的作用.回路中的电流

开始减小;导体棒的加速度

开始减小.因此导体棒做加速度不断减小的加速运动.当导体棒的加速度a=0时，i=0，导体棒产生的感应电动势Blv与电容器两极板间的电势差UC相等, 即

UC=Blv

设在加速过程中的任一段时间Δt内，导体棒的速度变化Δv=aΔt，电容器两极板上电荷量的减小量Δq=iΔt.对导体棒运用牛顿第二定律分析,得

Bil=ma

BΔql=mΔv

B(q1-q2)l=mvm

B(CE-CBlvm)l=mvm

导体棒最终做速度为vm的匀速直线运动,选项C错误.电容器最终所带电荷量

选项A错误. 回路中电流i逐渐减小,im=0,选项B错误. 加速度逐渐减小，选项D正确.因此，正确图像如图2所示.

图2

拓展1:电阻R替换导体棒,如图3所示.

图3

拓展2:线圈L替换导体棒,构成LC振荡电路,规律如图4.

图4

图5

利用同一模型，创设不同问题情境.

图6

拓展4:给导体棒一向右的初速度v0(不计导体棒电阻),如图6所示.

电容器开始充电，导体棒开始在安培力作用下减速.在减速过程中的任一段时间Δt内，导体棒的速度变化Δv=aΔt,电容器两极板上电荷量的增加量Δq=iΔt.对导体棒运用牛顿第二定律分析,得

Bil=ma

BΔql=mΔv

可得

Bql=m(v0-vm)

BCBlvml=m(v0-vm)

各物理随时间t的变化规律如图7所示.

图7

图8

拓展5:导体棒由静止开始受一水平向右的恒力F,如图8所示.

Δq=CΔU=

CBlΔv=CBlaΔt

对导体棒运用牛顿第二定律

F-Bil=ma

式中a为恒量.各物理量随时间t的变化规律如图9所示.

图9

综上所述，该类题型涉及了电路分析、各类电路元件的特性以及动力学问题；涉及电磁感应中的切割、反串问题；涉及了各物理量随时间的变化情况(即图像问题)以及常用的微元法问题.所以该类题属于较复杂的综合类问题，值得去分析与研究.