追本溯源 拓展提升——2021年全国高考理综乙卷第25题赏析

(河南省开封高级中学，河南 开封 475003)

1 引言

高考试题是各类考试命题的风向标，对高中教学和复习备考具有导向作用。纵观历届高考物理试题，我们常常会在试题中找到平常练习题的影子，既似曾相识又耳目一新。2021年全国高考理综乙卷第25题就具有这种特点，从题目的内容上看，相关物理模型似曾相识，但通过题目的变形让学生感到题目有一定的难度。通过对试卷的分析解读，启示我们在平常教学过程中，要注重培养学生的模型构建能力，提炼典型模型的特点，这将会有助于学生物理学科核心素养的提升。

2 试题及解析

2.1 原题呈现

图1

(1)金属棒在磁场中运动时所受安培力的大小；

(2)金属棒的质量以及金属棒与导体框之间的动摩擦因数；

(3)导体框匀速运动的距离。

2.2 解析

该试题考查了电磁感应、电路、动力学及动能、动量等相关知识，考查了学生的综合分析能力。

3 追根溯源

追根溯源可以看出：该题是在常见的滑块木板模型的基础上嵌入了电磁感应等相关知识。只是滑块木板模型中的外力变成了安培力，相关外力的大小在题中直接给出，需要学生借助电磁感应、电路及安培力等知识进行求解。如果将此题和常见的滑块木板模型中的多过程专题和临界专题相结合，抽丝剥茧，抓住主干，会发现该题其实并不难。

滑块木板模型作为力学的基本模型，经常出现在直线运动和牛顿运动定律等相关知识的应用之中，同时也是高考物理试题中的一个高频考查模型，在备考中应受到师生的重视。

从试题所描述的过程来看，整个过程较为复杂，是多过程问题。对于多过程问题的分析，要本着“合-分-合”的思路进行解析。在对相关过程的分析中，第一个“合”为初步了解全过程，构建运动情境；“分”则是分解全过程，分析每个分过程所遵循的物理规律；第二个“合”是要找到各个分过程的联系，寻找解题方法，此类问题的解析有利于培养学生应用物理知识和科学思维的能力。

根据相关模型的特点，解决滑块木板模型问题的解题思路如下：

(1)画出较为完整的滑块和木板运动过程草图；

(2)分析滑块和木板的受力情况(特别是发生相互作用的物体间的摩擦力的变化)；

(3)根据牛顿第二定律，分别求解滑块和木板的加速度；

(4)结合对滑块和木板的运动情况分析，分别找出滑块和木板间的位移或者速度之间的关系，列出方程组。

在处理相关问题的过程中，要关注滑块和木板相互作用的临界状态，例如两者共速后的运动，题目中是否有隐含条件的限制等，需要结合题目进行分析、讨论和判断。

在问题解决过程中，会用到多种方法和物理规律，例如求时间通常会用到牛顿第二定律、运动学公式、动量定理等，求位移和速度通常会用到牛顿运动定律、运动学公式、动能定理等，此类问题综合性较强，对学生高中物理知识的考查较为全面。

2021年全国高考理综乙卷第25题就是在滑块木板模型的基础上，嵌入了电磁感应知识，通过运算求解安培力的大小，当安培力的大小确定以后，解题的思路又回到了常见的滑块木板模型。由此可见，在高考物理试题的设计中往往会在基本模型的基础上嵌入其他知识，从而使题目在形式、内容以及难度上有所变化，使学生既感到似曾相识又耳目一新。

例如以下典型的例题，同样是在滑块木板模型的基础上嵌入动量守恒和能量守恒的知识，并在此基础上进行多过程分析、求解。

4 典型例题

例：如图2所示，质量M=1kg的长木板静止在水平地面上，右端固定一轻质短弹簧，用质量为m=0.5kg的物块压缩弹簧并固定，此时弹簧的弹性势能为6J，木板右端到竖直墙的距离L=34cm。在某时刻释放弹簧，使得物块和木板瞬间获得一定的速度，之后木板与竖直墙发生弹性碰撞。已知木板和地面间的动摩擦因数μ1=0.1，物块和木板间的动摩擦因数μ2=0.3，重力加速度g取10m/s2，在运动过程中物块始终在木板上。

图2

(1)求释放弹簧后的瞬间物块和木板的速度大小；

(2)把物块看作质点，不考虑弹簧的长度，则木板的最小长度约为多少？

(3)当木板停止运动时，其右端距离竖直墙多远？

5 结语

高考物理试题侧重考查学生的分析、推理、论证能力，在复习备考过程中应当注意题目的有机组合、合理匹配，提升试题知识面的广度、计算的难度和问题的深度，对学生的核心素养进行综合考查。