2011年高考物理試題有哪些創(chuàng)新?

滕保麗

(江蘇省豐縣民族中學(xué),江蘇豐縣 221700)

2011年高考,物理單科試卷共3套,分別是江蘇省物理卷,上海市物理卷,海南省物理卷;理綜物理部分有11套,其中課程標(biāo)準(zhǔn)試卷8套,大綱卷3套,共14套.本文就談?wù)勎锢韱慰圃嚲淼脑囶}創(chuàng)新.

1 推陳出新

例1.(上海物理卷第10題)兩波源在水槽中形成的波形如圖1所示,其中實(shí)線表示波峰,虛線表示波谷,則

(A)在兩波相遇的區(qū)域中會(huì)產(chǎn)生干涉.

(B)在兩波相遇的區(qū)域中不會(huì)產(chǎn)生干涉.

(C)a點(diǎn)的振動(dòng)始終加強(qiáng).

(D)a點(diǎn)的振動(dòng)始終減弱.

圖1

解析:從圖中看出,兩列波的波長(zhǎng)不同,由同一介質(zhì)中波速相等,根據(jù) v=λ f,所以頻率不同,所以在兩波相遇的區(qū)域中不會(huì)產(chǎn)生干涉,(B)正確;因?yàn)椴荒芨缮?所以雖然此時(shí)刻點(diǎn)的振動(dòng)加強(qiáng),但不能始終加強(qiáng),當(dāng)然也不能始終減弱.所以本題選(B).

點(diǎn)評(píng):本題考查波的相干條件及振動(dòng)的疊加,難度中等.本題創(chuàng)新在于以前的題目,都是畫的波長(zhǎng)相同的圖,考的都是干涉,本題考的是不干涉,畫的是波長(zhǎng)不相等的圖,特別是(C)選項(xiàng),容易誤選.

例2.(上海物理卷第12題)如圖2所示電路中,閉合電鍵S,當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭P從最高端向下滑動(dòng)時(shí),

(A)電壓表V讀數(shù)先變大后變小,電流表A讀數(shù)變大.

(B)電壓表V讀數(shù)先變小后變大,電流表A讀數(shù)變小.

(C)電壓表 V讀數(shù)先變大后變小,電流表A讀數(shù)先變小后變大.

(D)電壓表V讀數(shù)先變小后變大,電流表A讀數(shù)先變大后變小.

解析:設(shè)滑動(dòng)變阻器觸點(diǎn)以上的電阻為 R上,觸點(diǎn)以下的電阻為 R下.因?yàn)榛瑒?dòng)變阻器的有效電阻除最初和最終為零外,是 R上和R下并聯(lián)的結(jié)果

圖2

二者之和一定,二者相等時(shí)積最大,所以當(dāng)觸點(diǎn)在中間時(shí)電阻最大,根據(jù)全電路歐姆定律

所以當(dāng)觸點(diǎn)在中間時(shí)電流最小,電壓表V讀數(shù)為電源的路端電壓,U=E-Ir,所以當(dāng)觸點(diǎn)在中間時(shí)路端電壓最大,所以電壓表 V讀數(shù)先變大后變小,所以本題選(A)或(C).

再算電流表A讀數(shù)即 R下的電流I,根據(jù)電阻并聯(lián)分流公式

聯(lián)立以上3式,解得

變化為

當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭P從最高端向下滑動(dòng)時(shí),R上一直變大而R下一直變小,從上式可以看出,電流表 A讀數(shù)I一直變大,所以本題選(A).

點(diǎn)評(píng):本題考查全電路歐姆定律、滑動(dòng)變阻器、電路分析、并聯(lián)分流等,難度較大.此題圖也是似曾相識(shí),仔細(xì)一看,與往日不同了.電路分析和電壓表電流表讀數(shù)隨滑動(dòng)變阻器觸點(diǎn)移動(dòng)而變化的題目是傳統(tǒng)題目,但此題推陳出新,有新意,用新方法,一是應(yīng)用數(shù)學(xué)知識(shí):二者和不變,相等時(shí)積最大,二是應(yīng)用數(shù)學(xué)方法,把最后的I式子變化為最后一式,目的是減少變化量.

2 設(shè)問(wèn)創(chuàng)新

例3.(海南物理卷第10題)空間存在方向垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng),圖3中的正方形為其邊界.一細(xì)束由兩種粒子組成的粒子流沿垂直于磁場(chǎng)的方向從O點(diǎn)入射.這兩種粒子帶同種電荷,它們的電荷量、質(zhì)量均不同,但其比荷相同,且都包含不同速率的粒子.不計(jì)重力.下列說(shuō)法正確的是

(A)入射速度不同的粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間一定不同.

(B)入射速度相同的粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡一定相同.

(C)在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間相同的粒子,其運(yùn)動(dòng)軌跡一定相同.

(D)在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間越長(zhǎng)的粒子,其軌跡所對(duì)的圓心角一定越大.

圖3

點(diǎn)評(píng):本題考查帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng),包括半徑、圓心、軌跡、時(shí)間等是高考的熱點(diǎn)、重點(diǎn)和難點(diǎn).本題出新不在情景,不在圖像,情景和圖像司空見(jiàn)慣,出新在設(shè)問(wèn),在四個(gè)“一定”上.

例4.(2011年上海物理卷第20題)如圖4,磁場(chǎng)垂直于紙面,磁感應(yīng)強(qiáng)度在豎直方向均勻分布,水平方向非均勻分布.一銅制圓環(huán)用絲線懸掛于 O點(diǎn),將圓環(huán)拉至位置a后無(wú)初速釋放,在圓環(huán)從a擺向b的過(guò)程中

(A)感應(yīng)電流方向先逆時(shí)針后順時(shí)針再逆時(shí)針.

(B)感應(yīng)電流方向一直是逆時(shí)針.

(C)安培力方向始終與速度方向相反.

(D)安培力方向始終沿水平方向.

圖4

解析:分2組研究,先看感應(yīng)電流方向,根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律,銅制圓環(huán)內(nèi)磁通量先向里并增大,銅制圓環(huán)感應(yīng)電流的磁場(chǎng)向外,感應(yīng)電流為逆時(shí)針;銅制圓環(huán)越過(guò)最低點(diǎn)過(guò)程中,銅制圓環(huán)內(nèi)磁通量向里的減小,向外的增大,所以銅制圓環(huán)感應(yīng)電流的磁場(chǎng)向里,感應(yīng)電流為順時(shí)針;越過(guò)最低點(diǎn)以后,銅制圓環(huán)內(nèi)磁通量向外并減小,所以銅制圓環(huán)感應(yīng)電流的磁場(chǎng)向外,感應(yīng)電流為逆時(shí)針,所以(A)、(B)兩者中選(A).再看安培力方向,根據(jù)左手定則,銅制圓環(huán)所受安培力因?yàn)樽笥也坏?合力方向始終沿水平方向,(C)、(D)兩者中選(D).所以本題選(A)(D).

點(diǎn)評(píng):本題考查法拉第電磁感應(yīng)定律,安培力左手定則,力的合成等,難度:難.注意研究銅制圓環(huán)在越過(guò)最低點(diǎn)過(guò)程中這一環(huán)節(jié),如果丟掉這一環(huán)節(jié),(A)、(B)2者中就會(huì)錯(cuò)選(B).這個(gè)題出得好.好在:(1)在判斷感應(yīng)電流方向時(shí)要注意線圈跨越兩磁場(chǎng)的過(guò)程,否則容易誤選(B);(2)在判斷安培力方向時(shí)要注意求合力,求合力時(shí)要注意磁場(chǎng)強(qiáng)度不同因而安培力不同,否則容易誤選(C).

3 內(nèi)容創(chuàng)新

例5.(2011年江蘇物理卷第5題)如圖5所示,水平面內(nèi)有一平行金屬導(dǎo)軌,導(dǎo)軌光滑且電阻不計(jì).勻強(qiáng)磁場(chǎng)與導(dǎo)軌平面垂直.阻值為R的導(dǎo)體棒垂直于導(dǎo)軌靜止放置,且與導(dǎo)軌接觸良好.t=0時(shí),將開關(guān)S由1擲到2.q、i、v和a分別表示電容器所帶的電荷量、棒中的電流、棒的速度和加速度.圖6中正確的是

圖5

圖6

解析:將開關(guān)S由1擲到2時(shí),電容器開始放電,開始時(shí)刻(E為電動(dòng)勢(shì),R為導(dǎo)體棒的電阻),電流最大,因安培力作用,導(dǎo)體棒產(chǎn)生加速度,速度增大,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)增大,根據(jù)隨電容器電壓降低和感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)增大而電流減小,所以(B)錯(cuò)誤;因電流減小而安培力減小,加速度減小,所以導(dǎo)體棒做加速度逐漸減小的非勻加速運(yùn)動(dòng),直到感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與電容器電壓相等時(shí),導(dǎo)體棒中電流為0,則安培力為0,加速度為0,之后速度不變,所以(D)正確而(C)錯(cuò)誤.而電流為0時(shí),電容器電壓不為0,所以電容器電量不為0,所以(A)錯(cuò)誤.本題選(D).

進(jìn)一步研究,正確的圖像應(yīng)該是怎樣的呢?如圖7

圖7

點(diǎn)評(píng):本題考查電容器放電及電磁感應(yīng)和安培力及加速度、速度等.把電容器放電過(guò)程與導(dǎo)體棒在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)過(guò)程聯(lián)系起來(lái),高考題中第1次出現(xiàn),是創(chuàng)新.難度較大.

關(guān)于電容器的充電和放電,以前只有通過(guò)導(dǎo)線或電阻放電,只考電流圖像并從電流圖像求電量,本題考到通過(guò)磁場(chǎng)中的導(dǎo)體棒放電,并且考到導(dǎo)體棒的速度和加速度,關(guān)于磁場(chǎng)中的導(dǎo)軌和導(dǎo)體棒,以前只有和電阻或電池連接,本題與電容器連接,并且考電容器的放電過(guò)程,此謂創(chuàng)新.

4 內(nèi)容和方法皆創(chuàng)新

例6.(2011年上海物理卷第33題)如圖8(a),磁鐵A、B的同名磁極相對(duì)放置,置于水平氣墊導(dǎo)軌上.A固定于導(dǎo)軌左端,B的質(zhì)量m=0.5 kg,可在導(dǎo)軌上無(wú)摩擦滑動(dòng).將B在A附近某一位置由靜止釋放,由于能量守恒,可通過(guò)測(cè)量B在不同位置處的速度,得到B的勢(shì)能隨位置x的變化規(guī)律,見(jiàn)圖8(c)中曲線Ⅰ.若將導(dǎo)軌右端抬高,使其與水平面成一定角度[如圖(b)],則B的總勢(shì)能曲線如圖8(c)中Ⅱ所示,將B在x=20.0 cm處由靜止釋放,求:(解答時(shí)必須寫出必要的推斷說(shuō)明.取g=9.8 m/s2)

(1)B在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中動(dòng)能最大的位置.

(2)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中B的最大速度和最大位移.

(3)圖8(c)中直線Ⅲ為曲線Ⅱ的漸近線,求導(dǎo)軌的傾角.

(4)若 A、B異名磁極相對(duì)放置,導(dǎo)軌的傾角不變,在圖8(c)上畫出B的總勢(shì)能隨x的變化曲線.

圖8

答案:(1)勢(shì)能最小處動(dòng)能最大,由圖線Ⅱ得 x=6.1 cm.

(2)由圖讀得釋放處勢(shì)能Ep=0.90 J,此即B的總能量.由于運(yùn)動(dòng)中總能量守恒,因此在勢(shì)能最小處動(dòng)能最大,由圖像得最小勢(shì)能為0.47 J,則最大動(dòng)能為 Ekm=(0.9-0.47)J=0.43 J.

x=20.0 cm處的總能量為0.90 J,最大位移由 E=0.90 J的水平直線與曲線Ⅱ的左側(cè)交點(diǎn)確定,由圖中讀出交點(diǎn)位置為 x=2.0 cm,因此,最大位移

(3)漸近線Ⅲ表示B的重力勢(shì)能隨位置變化關(guān)系,即Epg=mgxsinθ=kx,所以

(4)若異名磁極相對(duì)放置,A、B間相互作用勢(shì)能為負(fù)值,總勢(shì)能如圖9.

解讀:(1)為什么由圖讀得釋放處勢(shì)能Ep=0.90 J,此即B的總能量.因題意是“將B在x=20.0 cm處由靜止釋放”,圖線Ⅰ的坐標(biāo)是(20,0.9),釋放處勢(shì)能 Ep=0.90 J,它包括B的重力勢(shì)能和A、B兩磁極間相互作用的勢(shì)能(本文簡(jiǎn)稱磁力勢(shì)能).因?yàn)獒尫盘巹?dòng)能為0,所以B的總勢(shì)能即B的總能量.

圖9

(2)為什么根據(jù)最低點(diǎn)處的坐標(biāo)可以求出B在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中動(dòng)能最大的位置和運(yùn)動(dòng)過(guò)程中B的最大速度呢?因?yàn)锽釋放后,一方面由于重力做(正)功,重力勢(shì)能減小,磁力也做(正)功,磁力勢(shì)能也減小,而總功為正,動(dòng)能增加,所以在圖線Ⅰ的坐標(biāo)為(6.1,0.49)處勢(shì)能最小,動(dòng)能最大,因?yàn)樵擖c(diǎn)是圖線Ⅰ的最低點(diǎn),該點(diǎn)的橫坐標(biāo)表示動(dòng)能最大的位置,縱坐標(biāo)表示勢(shì)能最小的數(shù)值,總能量減去最小勢(shì)能等于最大動(dòng)能,據(jù)最大動(dòng)能可求最大速度.

(3)為什么最大位移由E=0.90 J的水平直線與曲線Ⅱ的左側(cè)交點(diǎn)確定呢?因?yàn)榇私稽c(diǎn)(坐標(biāo)為(2.0,0.90))表示B的總勢(shì)能為0.90 J,即等于釋放時(shí)的總能量,根據(jù)總能量守恒,也等于此位置的總能量,既然總能量等于總勢(shì)能,所以動(dòng)能為0,此處是B沿斜面運(yùn)動(dòng)的最遠(yuǎn)處,最大位移為Δx=(20.0-2.0)cm=18.0 cm.

(4)為什么本題是將B在x=20.0 cm處由靜止釋放,而在圖線Ⅱ中在x＞20 cm處還有圖線呢?

(5)為什么本題 x=2.0 cm是 B沿斜面運(yùn)動(dòng)的最遠(yuǎn)處,而在圖線Ⅱ中在 x＜2.0 cm處還有圖線呢?

以上兩個(gè)問(wèn)題是筆者在輔導(dǎo)時(shí)學(xué)生提出的.因?yàn)閳D線是根據(jù)這樣做出的:將B在A附近某一位置由靜止釋放,由于能量守恒,可通過(guò)測(cè)量B在不同位置處的速度,得到B的勢(shì)能隨位置x的變化規(guī)律,見(jiàn)曲線Ⅰ.所謂附近,就是接近于0,這樣,最遠(yuǎn)處就大于 20 cm.

(6)為什么漸近線Ⅲ表示B的重力勢(shì)能隨位置變化關(guān)系?所謂漸近線,就是曲線Ⅱ的趨勢(shì)線,即當(dāng)x→∞時(shí)曲線Ⅱ趨向于漸近線Ⅲ,所謂 x→∞物理意義是磁場(chǎng)小到可忽略不計(jì)的位置,此時(shí)總勢(shì)能可以認(rèn)為只有重力勢(shì)能而沒(méi)有磁力勢(shì)能.漸近線Ⅲ表示B的重力勢(shì)能隨位置變化關(guān)系.

(7)為什么若異名磁極相對(duì)放置,A、B間相互作用勢(shì)能為負(fù)值?因?yàn)楫惷艠O相互吸引,所以釋放B后,B向A運(yùn)動(dòng),引力做正功,勢(shì)能減小,無(wú)窮遠(yuǎn)處勢(shì)能為 0,減小后自然為負(fù).

(8)為什么第(4)問(wèn)的圖像是關(guān)于圖線Ⅲ與圖線Ⅱ?qū)ΨQ的曲線?因?yàn)閳D線Ⅲ表示重力勢(shì)能,圖線Ⅱ表示重力勢(shì)能與磁磁力勢(shì)能的和,那么,表示重力勢(shì)能與磁極相互作用勢(shì)能的差的圖線就是這條線了,例如在 x=20 cm處,重力勢(shì)能EpG=0.8J,重力勢(shì)能與磁力勢(shì)能的和 EpG+EpC=0.9 J,所以重力勢(shì)能與磁力勢(shì)能的差EpG-EpC=0.7 J;再如,在 x=6 cm處,重力勢(shì)能EpG=0.25J,重力勢(shì)能與磁力勢(shì)能的和EpG+EpC=0.47 J,所以重力勢(shì)能與磁力勢(shì)能的差EpG-EpC=0.03 J.所以總勢(shì)能如圖中所示.

點(diǎn)評(píng):本題是一道具有創(chuàng)新意義的高考題,創(chuàng)新之處在于:①本題考查包括重力勢(shì)能、磁極相互作用勢(shì)能(本文簡(jiǎn)稱磁力勢(shì)能)和動(dòng)能在內(nèi)的能量守恒,其中,總勢(shì)能包括重力勢(shì)能和磁力勢(shì)能,其中磁力勢(shì)能在高考題中沒(méi)有出現(xiàn)過(guò).②關(guān)于漸近線(某曲線的漸近線是該曲線的趨勢(shì)線),以及對(duì)本題來(lái)說(shuō),漸近線是重力勢(shì)能線.漸近線在物理高考試題中也沒(méi)有出現(xiàn)過(guò),所以也是創(chuàng)新.