联系实际巧妙解题——以2015年高考江苏物理卷第5题为例

杨 斌

（无锡市辅仁高级中学 江苏 无锡 214123）

物理学是一门实践性很强的自然科学，与学生的实际生活联系非常紧密.《普通高中物理课程标准（实验）》在三维课程目标中要求学生能运用物理原理、知识和研究方法解决日常生活和生产实践的实际问题.

高考物理一向重视理论联系实际，注重将物理学知识和生活实际紧密联系起来.设计理论联系实际的问题，体现了新课改的理念.本文从一道高考题引申开去，利用物理知识对生活实际情况进行分析.

【题目】（2015年江苏高考物理卷第5题）如图1所示，某“闯关游戏”的笔直通道上每隔8m设有一个关卡，各关卡同步放行和关闭，放行和关闭的时间分别为5s和2s.关卡刚放行时，一同学立即在关卡1处以加速度2m／s2由静止加速到2m／s，然后匀速向前，则最先挡住他前进的关卡是

图1

分析：这道题目考查学生对匀变速直线运动规律的掌握，解法如下.从关卡1由静止开始做加速度为2m／s2的匀加速直线运动，加速到2m／s后开始做匀速直线运动.则加速阶段的时间为

位移为

此时人距离关卡2为7m，离关卡2关闭的时间还有4s，可以继续前进s1＝vt＝8m.所以此时人在关卡2关闭前运动的总位移s＝s0＋s1＝9m＞8m，可以判断，人是能够通过关卡2的.接下来是2s的关闭时间，此时人前进的距离s关＝vt关＝4m，总位移s′＝s＋s关＝13m，未碰到关卡3.紧接着关卡3又开始放行，时间仍为5s，此时人前进的位移s放＝vt放＝10m，总位移s″＝s′＋s放＝23m.这时关卡4闭合2s，人前进的位移s关＝vt关＝4m，总位移s郝＝s″＋s关＝27m＞24m，所以人在关卡4处被挡住，答案选C.

上述的分析是对人的运动位移一步步进行细化讨论，思维是线性的，并没有从解题过程中得出规律性的方法.为了能在其中找到规律性的方法，我们其实还能从其他的角度对该题进行思考.

图2

拓展：除了匀变速运动公式之外，v－t图像也是解决运动学问题的方法之一.如图2所示，这是人运动的v－t图像，其中 ①、②、③、④标记的是4个关卡的位置，图中的5s，7s，12s，14s分别是放行时刻和关闭时刻，因此5～7s、12～14s这两个时间段为关门期，其余时间为开门期.下面判断人在哪个关卡被挡住.开门期是不对人的运动造成任何影响的，我们只要观察在关门期这段时间内，人的运动有没有受到关卡的阻挡就可以了.从图中不难发现，在第二个关门期，人的运动被关卡4阻挡，所以答案选C.

此类问题如果用传统的公式进行一步步推算的话，运算的过程比较繁琐，而且不易从中找到共性的规律，而用图像法的话则能从复杂的位移、时间等条件中脱身，直观地找到问题的关键所在，即v－t图像中关门期的位置是夹住了哪个关卡.

应用：这些问题其实在日常生活中还是非常常见的，譬如说在现阶段流行的地铁、高铁的自动开关门中有比较现实的应用.地铁、高铁的自动检票系统一般是检测到有人刷卡以后就自动打开闸口，然后人就可以通过.在此，我们就可以设计一个自动开关门的系统.从刷卡处到通过闸口的距离一般是1～2 m之间，如果考虑到旅客拿着行李从启动到经过闸机口需要大概3s的时间，然后闸机口关闭1s，后面的一个人又重复前面一个人的过程，那么闸机口的开门、关门时间就可以按照以下的时间来进行分配.

通过对人运动的v－t图像分析，我们可以找到通过闸机口与否的关键性条件，那就是每个人都是重复前面一个人的动作，从拿着行李开始加速到顺利通过，然后闸机口自动关闭.这道题目可以作如下改动：若放行和关闭的时间分别为3s和1s，旅客到闸机口的距离为1.5m，考虑到可能有行李，旅客的速度最大为1m／s，其他条件不变，请计算一般情况下旅客能否顺利通过闸机口.

图3

如图3所示，在这种情况下，开门期和关门期分别变成了3s和1s，在第1s内旅客做匀加速运动，加速阶段的时间t0＝0.25m.然后旅客开始匀速运动2s，位移s1＝vt＝2 m.在开门的时间内旅客的总位移

所以旅客可以顺利通过.接下来闸机口将关闭1s的时间，等待下一位旅客刷卡通过.

本文针对高考物理联系实际的试题探讨了实际生活中的闸机口开门与关门的问题，实现了利用所学物理知识来分析和解决实际问题的教学目的，同时也体现了物理学科的应用价值.