根據(jù)2017年高考物理第25題淺析如何做好物理計(jì)算題

呂丹丹

(廣州市從化區(qū)第六中學(xué) 廣東 廣州 510900)

程敏熙

(華南師范大學(xué)物理與電信工程學(xué)院 廣東 廣州 510006)

筆者有幸參加了2017年廣東省高考理綜物理科25題的評卷工作，批改了大量的學(xué)生試卷，對學(xué)生的答題情況和得失分情況有一個(gè)很清晰的了解，發(fā)現(xiàn)很多學(xué)生因?yàn)橐恍┲R細(xì)節(jié)沒有注意，就失去了很多分?jǐn)?shù)，很是可惜．因此想通過對此題的分析，對以后學(xué)生學(xué)習(xí)物理提供一些有效的建議．

1 題目及解析

【題目】(2017年高考廣東卷第25題)真空中存在電場強(qiáng)度大小為E1的勻強(qiáng)電場，一帶電油滴在該電場中豎直向上做勻速直線運(yùn)動，速度大小為v0，在油滴處于位置A時(shí)，將電場強(qiáng)度的大小突然增大到某值，但保持其方向不變．持續(xù)一段時(shí)間t1后，又突然將電場反向，但保持其大小不變；再持續(xù)同樣一段時(shí)間后，油滴運(yùn)動到B點(diǎn)．重力加速度大小為g．

(1)油滴運(yùn)動到B點(diǎn)時(shí)的速度；

(2)求增大后的電場強(qiáng)度的大??；為保證后來的電場強(qiáng)度比原來的大，試給出相應(yīng)的t1和v0應(yīng)滿足的條件．已知不存在電場時(shí)，油滴以初速度v0做豎直上拋運(yùn)動的最大高度恰好等于B，A兩點(diǎn)間距離的兩倍．

解析：(1)設(shè)油滴質(zhì)量和電荷量分別為m和q，油滴速度方向向上為正．油滴在電場強(qiáng)度大小為E1的勻強(qiáng)電場中做勻速直線運(yùn)動，故勻強(qiáng)電場方向向上．在t=0 時(shí)，電場強(qiáng)度突然從E1增加至E2.

方法一：利用運(yùn)動學(xué)公式求解．

在t=0時(shí)，電場強(qiáng)度突然從E1增加至E2時(shí)，油滴做豎直向上的勻加速運(yùn)動，加速度a1滿足

qE2-mg=ma1

(1)

油滴在時(shí)刻t1

v1=v0+a1t1

(2)

電場強(qiáng)度在時(shí)刻t1突然反向，油滴勻變速運(yùn)動，加速度a2滿足

-qE2-mg=ma2

(3)

油滴在時(shí)刻t2=2t1的速度為

v2=v1+a2t1

(4)

由式(1)～(4)得

v2=v0-2gt1

(5)

方法二:用動量定理求解．

設(shè)油滴速度方向向上為正

式(1)、(2)寫成

-mgt1+qE2t1=mv1-mv0

式(3)、(4)寫成

-mgt1-qE2t1=mv2-mv1

或整個(gè)過程用動量定理

-2mgt1=mv2-mv0

同樣可以得出結(jié)果式(5)．

(2)由題意，在t=0 時(shí)刻前有

qE1=mg

(6)

油滴從t=0 到時(shí)刻t1的位移為

(7)

油滴從時(shí)刻t1到時(shí)刻t2=2t1的時(shí)間間隔內(nèi)的位移為

(8)

由題給條件有

(9)

式中h是B，A兩點(diǎn)之間的距離．

若B點(diǎn)在A點(diǎn)之上，依題意有

s1+s2=h

(10)

由式(1)～(3)、(6)～(10)得

(11)

為使E2>E1，應(yīng)有

(12)

即當(dāng)

(13)

或

(14)

才是可能的：條件式(13)和式(14)分別對應(yīng)與v2>0和v2<0兩種情形．

若B點(diǎn)在A點(diǎn)之下，依題意有

s1+s2=-h

(15)

由式(1)～(3)，(6)～(10)得

(16)

為使E2>E1，應(yīng)有

(17)

即

(18)

另一解為負(fù)，不合題意，已舍去．

2 題后思考

以下我們結(jié)合學(xué)生的答題情況，簡單分析一下要做好物理計(jì)算題所要具備的一些基本能力和注意事項(xiàng)．

2.1 形成“物理圖景”的能力

所謂的物理圖景，并不是一般草圖、美術(shù)圖、圖像等，而是知道本題的物理過程、研究對象、運(yùn)動或變化情況，從一些物理現(xiàn)象中初步找出解答脈絡(luò)．物理圖景是“活的”圖景，一旦形成了圖景，該題的解答也就清晰了[1]．

此題有超過一半的考生得分為零分，原因不是該題難得無法下手，而是因?yàn)楹芏嗤瑢W(xué)形不成物理圖景．平時(shí)做題都有圖形，今年突然沒有圖形，學(xué)生看到一大段的文字，提取不出有效信息，無法把文字轉(zhuǎn)換成物理模型，畫不出相應(yīng)的圖形，更形不成物理圖景．學(xué)生自然就寫不出公式，或者胡亂寫幾個(gè)．這與平時(shí)教師的教學(xué)習(xí)慣也有一定的關(guān)系．平時(shí)考試或者講習(xí)題，我們都會直接給出圖形，講解物理過程、研究對象，運(yùn)動或變化情況，忽略了由文字轉(zhuǎn)化成物理圖景這個(gè)很重要的環(huán)節(jié)．這個(gè)卻是最最重要的，因?yàn)閷?shí)際情況不可能直接就是一個(gè)物理模型，我們學(xué)習(xí)物理，最主要也是第一步就是要會把文字轉(zhuǎn)化成物理圖景．因此，在以后的教學(xué)中，一定要在講新知識、新的物理模型時(shí)，就要有目的地多培養(yǎng)學(xué)生這方面的能力．

2.2 由受力分析確定運(yùn)動狀態(tài)的能力

有不少學(xué)生是寫了公式，但得不到分或者分?jǐn)?shù)很少的情況．其原因是搞不清此題的運(yùn)動狀態(tài)，寫的不是計(jì)算勻變速直線運(yùn)動的公式．

典型錯(cuò)誤：寫了計(jì)算類平拋或者圓周運(yùn)動的公式．

由牛頓第二定律知，物體受到的合外力不為零時(shí)，會產(chǎn)生加速度，會改變物體的運(yùn)動狀態(tài)．我們高中物理學(xué)習(xí)的5種運(yùn)動：勻速直線運(yùn)動、勻變速直線運(yùn)動、勻速圓周運(yùn)動、平拋運(yùn)動、類平拋運(yùn)動，每一種運(yùn)動都是由其受力特點(diǎn)和初速度情況共同決定，每一種運(yùn)動都有其對應(yīng)的公式去計(jì)算．因此，學(xué)生一定要受力分析，通過受力分析和初速度判斷它是何種運(yùn)動，然后才能寫出相應(yīng)的運(yùn)算公式．

2.3 注意物理量的方向性

有一部分學(xué)生寫出了勻變速直線運(yùn)動的公式，卻沒有得到相應(yīng)的滿分，是因?yàn)闆]有注意物理量的方向性．

典型錯(cuò)誤：

(1)式(3)、(4)沒有注意加速度的方向，導(dǎo)致式(5)的結(jié)果錯(cuò)誤為v2=v0+2gt1.

(2)整個(gè)過程用動量定理，沒有方向性，寫成2mgt1=mv2-mv0，這種做法選擇的方法是很簡便的，但僅僅因?yàn)闆]有注意方向性，導(dǎo)致失分．這種情況是非常遺憾的．所以當(dāng)利用公式中物理量有方向時(shí)，一定要注意正方向．

很多物理公式可以合二為一或者適用于整個(gè)物理過程，都是因?yàn)楣街械奈锢砹渴怯蟹较蛐缘模栽趹?yīng)用的過程中一定要注意，首先要規(guī)定一個(gè)正方向，對已經(jīng)給的物理量，要明確的帶上方向，對于未知的，可以根據(jù)求出的結(jié)果，去判斷它的方向與正方向的關(guān)系，是同向或者反向．

2.4 注意物理量表達(dá)的嚴(yán)謹(jǐn)性

有一些同學(xué)上面3部分工作都做好了，但卻因?yàn)閷忣}不清，沒有應(yīng)用題設(shè)符號表達(dá)，或者對有變化的物理量沒有區(qū)分，被扣了不少分，這個(gè)是非常可惜的，但是也反應(yīng)這部分考生學(xué)習(xí)物理時(shí)缺乏嚴(yán)謹(jǐn)性．

典型錯(cuò)誤：

(1)式(1)寫成qE1-mg=ma1；式(3)寫成

-qE1-mg=ma2；式(5)寫成v2=v0-2gt等等；

(2)式(1)～(4)中的加速度都用a表示，或者速度都用v表示，沒有用下標(biāo)區(qū)分．

物理是一門非常嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)科，因此一定注意每個(gè)量的正確性，題目中給出的，一定要用題目給出的來表達(dá)．如果題目中某個(gè)物理量有變化，一定要用不同的下標(biāo)區(qū)分．

2.5 計(jì)算能力

本題數(shù)學(xué)變化和計(jì)算部分占了很多分，能寫出E1和E2的關(guān)系，計(jì)算出結(jié)果的同學(xué)真的是鳳毛麟角．一方面是考試時(shí)間比較緊張，另一方面是學(xué)生的計(jì)算能力很差，初中就養(yǎng)成了用計(jì)算器的習(xí)慣，很簡單的計(jì)算都離不開計(jì)算器，導(dǎo)致高中碰到復(fù)雜的計(jì)算直接放棄，更不用說復(fù)雜的變形了．但今年高考的物理，計(jì)算部分的分值占了較大比重，所以在以后的學(xué)習(xí)中一定要注重這方面的練習(xí)．最后，看起來答案的公式大部分都很簡單，考查的是最基本的勻變速直線運(yùn)動的問題，過程也只有兩個(gè)，但是要想得到十分以上，對物理基本功的要求也是非常高的．因此，對于物理的學(xué)習(xí)和備考，我們沒有套路，沒有捷徑，我們一定要按照學(xué)習(xí)物理的規(guī)律，多花時(shí)間在物理概念的建構(gòu)過程、物理規(guī)律的探索過程中，讓學(xué)生感受物理的思想方法，一步一步扎實(shí)地掌握好最基本的物理能力，有效培養(yǎng)學(xué)生的物理核心素養(yǎng)，才能取得理想的成績．

參 考 文 獻(xiàn)

1 華漢.98高考物理答題典型錯(cuò)誤分析.試題分析,1998(z2)：18～23