高考物理中的融合創新題

近年來，高考題型不斷創新，融合創新題作為一種新題型，旨在考查學生綜合運用學科內知識以及多學科知識解決問題的能力，以促進知識融合，提升學生解決問題的能力，形成創新思維.這類題型的特點是知識融合性、問題開放性和能力導向性強.

1學科內的融合創新題

學科內的融合創新題是最常見的融合創新題，在有限的卷面內想要包含更多的考點，就必須將各個版塊的知識融合在一起.分析近年來的高考物理試卷，就會發現這種趨勢越來越明顯.

例1（2024年遼寧卷）如圖1-甲所示，將一彈簧振子豎直懸掛，以小球的平衡位置為坐標原點 O .豎直向上為正方向建立 x 軸.若將小球從彈簧原長處由靜止釋放，其在地球與某球狀天體表面做簡諧運動的圖像如圖1-乙所示（不考慮自轉影響）.設地球、該天體的平均密度分別為 和 ，地球半徑是該天體的 n 倍 的值為（ ）.

A.2n B. 2 D. 1 n 2n

分析本題的考點是萬有引力與重力的關系、牛頓第二定律、圓周運動中的向心力、簡諧運動等知識，解題關鍵是結合簡諧運動的信息找到其與重力加速度的關系.

小球是“從彈簧原長處由靜止釋放”的，由簡諧運動的知識可知，小球在平衡位置時，有 k ? Δ x = m g ，這里的“ g \"可認為是小球所在天體表面的重力加速度.

解設地球的質量為 M 、地球表面的重力加速度為 g 、地球半徑為 R ，某天體的質量為 ，其表面的重力加速度為 ，根據在星球表面萬有引力等于重力，可知小球在地球和某天體表面分別有 ，解得

彈簧振子在地球和某天體上的平衡位置處時，根據牛頓第二定律得 ，解得

根據球體的密度公式可知地球和某天體的密度分別為

代入解得 .選項C正確.

例2如圖2所示，在平面直角坐標系的第一象限放置有速度選擇器[極板 P ? Q 與 x 軸平行，間距為0 . 5 d ，兩極板的中線過點 （ 0 ， d ） ，且在極板間存在勻強磁場（圖中未畫出）、光電管（其左端射出電子的小孔與速度選擇器的中線正對）；第二和第三象限存在垂直紙面向外的勻強磁場（磁感應強度 未知）；第四象限存在平行于 x 軸的兩塊相同的金屬極板 M 、N ，兩金屬極板間距為 d ，左端點均在 y 軸上，且極板M 與 x 軸重合.將電壓為 U 的直流電源按照圖2所示接在速度選擇器、光電管和金屬極板 M ， N 上.一束頻率為 ν 的單色光射到光電管的 K 極上發生光電效應，若從 A 極板上的小孔射出的電子最大速度為 ，已知普朗克常量為 h ，電子的質量為 、電荷量為 e

（1）求 K 極金屬的逸出功 W

（2）要使從 A 極板射出的速度為 的電子沿速度選擇器的中線進人第二象限，判斷速度選擇器極板間的勻強磁場的磁感應強度 的大小和方向.（3）要使從點 （ 0 ， d ） 進入第二象限的電子恰好從金屬極板 N 的左端進入 M ， N 兩極板之間，求第二、三象限中勻強磁場的磁感應強度 的大小.

分析本題將原子物理與電路、電磁學、運動學融合在一起進行考查，解題的關鍵在于判斷三個電學元件極板間電場方向以及兩個勻強磁場對電子運動的影響.

解 （1）由光電效應方程可知產生的光電子的最大初動能為 兩極對電子有加速作用，由動能定理得 m-Ek，聯立解得

（2）速度選擇器中的電場強度為

根據題意可知電子進人速度選擇器后做勻速直線運動，有 ，聯立解得

根據電路可知極板 Q 為正極，所以電子受到向下的靜電力作用，受力分析可知，要使電子做勻速直線運動，其所受的洛倫茲力方向必須豎直向上，根據左手定則可知勻強磁場的方向垂直紙面向里.

（3）畫出電子在第二、三象限中的運動軌跡，如圖3所示（省略了其他元件），由幾何知識可知電子運動軌跡半徑為d ，電子做圓周運動的向心力由洛倫茲力提供，得 m ，解得

2學科間的融合創新題

學科間的融合創新題出現得相對較少，但隨著教育改革的不斷深入，這種試題必然會頻繁出現，因為這種融合能夠全方位考查學生的知識掌握情況和學以致用的能力.

例3構成細胞膜的基本支架是磷脂雙分子層，其示意圖如圖4所示.兩層分子之間具有彈性，可近似視為勁度系數為 的輕質彈簧，兩層分子上均勻分布著陰陽離子.已知無限大的均勻帶電薄板周圍的電場可視為勻強電場，靜電力常量為 k ，介質的相對介電常數為 ，細胞膜的面積 ，當兩層分子上的帶電荷量分別為 Q 和一 Q 時，與不帶電時相比，兩層分子間的距離發生了什么變化？

分析本題是將生物與物理相結合的典型例子，需進行物理建模，明確涉及的物理知識.根據題給信息，我們知道其涉及輕質彈簧的知識，另外，由題給圖片，我們能較輕松地聯想到電容器.

解根據兩層分子帶有的電荷相異，可知它們之間存在引力作用，因此兩層分子之間的距離與不帶電時相比要減小.根據“已知無限大的均勻帶電薄板周圍的電場可視為勻強電場”“細胞膜的面積 ”可知，兩層分子周圍的電場可視為勻強電場.設距離減小的量為 Δ d ，勻強電場的電場強度為 E ，單獨一個極板產生的場強為 ，由彈簧的性質可得 又有 ，聯立以上各式，可得與不帶電時相比，當兩層分子上的帶電荷量分別為 Q 和- Q 時，兩層分子間的距離減小了

相比于物理學科內的融合創新題，學科間的融合題難度相對較小，且暫時還停留在以其他學科內容為命題情境的簡單結合層面上，解題時只需要結合物理知識將所給信息進行物理學轉換，就能較輕松地解決問題.當然，隨著教育改革的不斷深入，這種淺層的結合必然也會向著像數學與物理那樣的深層結合推進，因此我們對此要格外重視.

（完）