2011年高考江蘇卷物理第5題的解析與拓展

王鶴新

(江陰市第一中學 江蘇 無錫 214400)

高考題凝結了多位專家的智慧與心血，那么如何去解析高考題，拓展高考題，以便更好地把握高考的動向？本文以2011年高考江蘇卷物理第5題為例進行了簡單的分析.

【例題】如圖1所示，水平面內有一平行金屬導軌，導軌光滑且電阻不計.勻強磁場與導軌平面垂直.阻值為R的導體棒垂直于導軌靜止放置，且與導軌接觸良好.t=0時，將開關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.下列圖像中正確的是

圖1

解析：將開關S由1擲到2，電容器充完電后(電容器兩極板的電壓UC=E)開始放電，即q減小.由

可知UC減小，回路中產生放電電流.導體棒在安培力作用下開始向右加速，即v增加.一旦加速，導體棒就會切割磁感線產生感應電動勢(上端正，下端負)，在整個回路中起到反串的作用.回路中的電流

開始減小;導體棒的加速度

開始減小.因此導體棒做加速度不斷減小的加速運動.當導體棒的加速度a=0時，i=0，導體棒產生的感應電動勢Blv與電容器兩極板間的電勢差UC相等, 即

UC=Blv

設在加速過程中的任一段時間Δt內，導體棒的速度變化Δv=aΔt，電容器兩極板上電荷量的減小量Δq=iΔt.對導體棒運用牛頓第二定律分析,得

Bil=ma

BΔql=mΔv

B(q1-q2)l=mvm

B(CE-CBlvm)l=mvm

導體棒最終做速度為vm的勻速直線運動,選項C錯誤.電容器最終所帶電荷量

選項A錯誤. 回路中電流i逐漸減小,im=0,選項B錯誤. 加速度逐漸減小，選項D正確.因此，正確圖像如圖2所示.

圖2

拓展1:電阻R替換導體棒,如圖3所示.

圖3

拓展2:線圈L替換導體棒,構成LC振蕩電路,規律如圖4.

圖4

圖5

利用同一模型，創設不同問題情境.

圖6

拓展4:給導體棒一向右的初速度v0(不計導體棒電阻),如圖6所示.

電容器開始充電，導體棒開始在安培力作用下減速.在減速過程中的任一段時間Δt內，導體棒的速度變化Δv=aΔt,電容器兩極板上電荷量的增加量Δq=iΔt.對導體棒運用牛頓第二定律分析,得

Bil=ma

BΔql=mΔv

可得

Bql=m(v0-vm)

BCBlvml=m(v0-vm)

各物理隨時間t的變化規律如圖7所示.

圖7

圖8

拓展5:導體棒由靜止開始受一水平向右的恒力F,如圖8所示.

Δq=CΔU=

CBlΔv=CBlaΔt

對導體棒運用牛頓第二定律

F-Bil=ma

式中a為恒量.各物理量隨時間t的變化規律如圖9所示.

圖9

綜上所述，該類題型涉及了電路分析、各類電路元件的特性以及動力學問題；涉及電磁感應中的切割、反串問題；涉及了各物理量隨時間的變化情況(即圖像問題)以及常用的微元法問題.所以該類題屬于較復雜的綜合類問題，值得去分析與研究.