聯系實際巧妙解題——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 江蘇 無錫 214123）

物理學是一門實踐性很強的自然科學，與學生的實際生活聯系非常緊密.《普通高中物理課程標準（實驗）》在三維課程目標中要求學生能運用物理原理、知識和研究方法解決日常生活和生產實踐的實際問題.

高考物理一向重視理論聯系實際，注重將物理學知識和生活實際緊密聯系起來.設計理論聯系實際的問題，體現了新課改的理念.本文從一道高考題引申開去，利用物理知識對生活實際情況進行分析.

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

圖1

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

位移為

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

上述的分析是對人的運動位移一步步進行細化討論，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，我們其實還能從其他的角度對該題進行思考.

圖2

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

此類問題如果用傳統的公式進行一步步推算的話，運算的過程比較繁瑣，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雜的位移、時間等條件中脫身，直觀地找到問題的關鍵所在，即v－t圖像中關門期的位置是夾住了哪個關卡.

應用：這些問題其實在日常生活中還是非常常見的，譬如說在現階段流行的地鐵、高鐵的自動開關門中有比較現實的應用.地鐵、高鐵的自動檢票系統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，我們就可以設計一個自動開關門的系統.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過閘機口需要大概3s的時間，然后閘機口關閉1s，后面的一個人又重復前面一個人的過程，那么閘機口的開門、關門時間就可以按照以下的時間來進行分配.

通過對人運動的v－t圖像分析，我們可以找到通過閘機口與否的關鍵性條件，那就是每個人都是重復前面一個人的動作，從拿著行李開始加速到順利通過，然后閘機口自動關閉.這道題目可以作如下改動：若放行和關閉的時間分別為3s和1s，旅客到閘機口的距離為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，請計算一般情況下旅客能否順利通過閘機口.

圖3

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

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

本文針對高考物理聯系實際的試題探討了實際生活中的閘機口開門與關門的問題，實現了利用所學物理知識來分析和解決實際問題的教學目的，同時也體現了物理學科的應用價值.