聯(lián)系實(shí)際巧妙解題——以2015年高考江蘇物理卷第5題為例

楊 斌

（無錫市輔仁高級中學(xué) 江蘇 無錫 214123）

物理學(xué)是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的自然科學(xué)，與學(xué)生的實(shí)際生活聯(lián)系非常緊密.《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）》在三維課程目標(biāo)中要求學(xué)生能運(yùn)用物理原理、知識和研究方法解決日常生活和生產(chǎn)實(shí)踐的實(shí)際問題.

高考物理一向重視理論聯(lián)系實(shí)際，注重將物理學(xué)知識和生活實(shí)際緊密聯(lián)系起來.設(shè)計(jì)理論聯(lián)系實(shí)際的問題，體現(xiàn)了新課改的理念.本文從一道高考題引申開去，利用物理知識對生活實(shí)際情況進(jìn)行分析.

【題目】（2015年江蘇高考物理卷第5題）如圖1所示，某“闖關(guān)游戲”的筆直通道上每隔8m設(shè)有一個關(guān)卡，各關(guān)卡同步放行和關(guān)閉，放行和關(guān)閉的時間分別為5s和2s.關(guān)卡剛放行時，一同學(xué)立即在關(guān)卡1處以加速度2m／s2由靜止加速到2m／s，然后勻速向前，則最先擋住他前進(jìn)的關(guān)卡是

圖1

分析：這道題目考查學(xué)生對勻變速直線運(yùn)動規(guī)律的掌握，解法如下.從關(guān)卡1由靜止開始做加速度為2m／s2的勻加速直線運(yùn)動，加速到2m／s后開始做勻速直線運(yùn)動.則加速階段的時間為

位移為

此時人距離關(guān)卡2為7m，離關(guān)卡2關(guān)閉的時間還有4s，可以繼續(xù)前進(jìn)s1＝vt＝8m.所以此時人在關(guān)卡2關(guān)閉前運(yùn)動的總位移s＝s0＋s1＝9m＞8m，可以判斷，人是能夠通過關(guān)卡2的.接下來是2s的關(guān)閉時間，此時人前進(jìn)的距離s關(guān)＝vt關(guān)＝4m，總位移s′＝s＋s關(guān)＝13m，未碰到關(guān)卡3.緊接著關(guān)卡3又開始放行，時間仍為5s，此時人前進(jìn)的位移s放＝vt放＝10m，總位移s″＝s′＋s放＝23m.這時關(guān)卡4閉合2s，人前進(jìn)的位移s關(guān)＝vt關(guān)＝4m，總位移s郝＝s″＋s關(guān)＝27m＞24m，所以人在關(guān)卡4處被擋住，答案選C.

上述的分析是對人的運(yùn)動位移一步步進(jìn)行細(xì)化討論，思維是線性的，并沒有從解題過程中得出規(guī)律性的方法.為了能在其中找到規(guī)律性的方法，我們其實(shí)還能從其他的角度對該題進(jìn)行思考.

圖2

拓展：除了勻變速運(yùn)動公式之外，v－t圖像也是解決運(yùn)動學(xué)問題的方法之一.如圖2所示，這是人運(yùn)動的v－t圖像，其中 ①、②、③、④標(biāo)記的是4個關(guān)卡的位置，圖中的5s，7s，12s，14s分別是放行時刻和關(guān)閉時刻，因此5～7s、12～14s這兩個時間段為關(guān)門期，其余時間為開門期.下面判斷人在哪個關(guān)卡被擋住.開門期是不對人的運(yùn)動造成任何影響的，我們只要觀察在關(guān)門期這段時間內(nèi)，人的運(yùn)動有沒有受到關(guān)卡的阻擋就可以了.從圖中不難發(fā)現(xiàn)，在第二個關(guān)門期，人的運(yùn)動被關(guān)卡4阻擋，所以答案選C.

此類問題如果用傳統(tǒng)的公式進(jìn)行一步步推算的話，運(yùn)算的過程比較繁瑣，而且不易從中找到共性的規(guī)律，而用圖像法的話則能從復(fù)雜的位移、時間等條件中脫身，直觀地找到問題的關(guān)鍵所在，即v－t圖像中關(guān)門期的位置是夾住了哪個關(guān)卡.

應(yīng)用：這些問題其實(shí)在日常生活中還是非常常見的，譬如說在現(xiàn)階段流行的地鐵、高鐵的自動開關(guān)門中有比較現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用.地鐵、高鐵的自動檢票系統(tǒng)一般是檢測到有人刷卡以后就自動打開閘口，然后人就可以通過.在此，我們就可以設(shè)計(jì)一個自動開關(guān)門的系統(tǒng).從刷卡處到通過閘口的距離一般是1～2 m之間，如果考慮到旅客拿著行李從啟動到經(jīng)過閘機(jī)口需要大概3s的時間，然后閘機(jī)口關(guān)閉1s，后面的一個人又重復(fù)前面一個人的過程，那么閘機(jī)口的開門、關(guān)門時間就可以按照以下的時間來進(jìn)行分配.

通過對人運(yùn)動的v－t圖像分析，我們可以找到通過閘機(jī)口與否的關(guān)鍵性條件，那就是每個人都是重復(fù)前面一個人的動作，從拿著行李開始加速到順利通過，然后閘機(jī)口自動關(guān)閉.這道題目可以作如下改動：若放行和關(guān)閉的時間分別為3s和1s，旅客到閘機(jī)口的距離為1.5m，考慮到可能有行李，旅客的速度最大為1m／s，其他條件不變，請計(jì)算一般情況下旅客能否順利通過閘機(jī)口.

圖3

如圖3所示，在這種情況下，開門期和關(guān)門期分別變成了3s和1s，在第1s內(nèi)旅客做勻加速運(yùn)動，加速階段的時間t0＝0.25m.然后旅客開始勻速運(yùn)動2s，位移s1＝vt＝2 m.在開門的時間內(nèi)旅客的總位移

所以旅客可以順利通過.接下來閘機(jī)口將關(guān)閉1s的時間，等待下一位旅客刷卡通過.

本文針對高考物理聯(lián)系實(shí)際的試題探討了實(shí)際生活中的閘機(jī)口開門與關(guān)門的問題，實(shí)現(xiàn)了利用所學(xué)物理知識來分析和解決實(shí)際問題的教學(xué)目的，同時也體現(xiàn)了物理學(xué)科的應(yīng)用價值.