淺談物理高考沖刺復(fù)習(xí)階段解題能力的培養(yǎng)

摘 要：在物理高考沖刺復(fù)習(xí)階段中，要特別注重物理過程的展示、重視物理模型的識(shí)別、強(qiáng)化解題策略的訓(xùn)練，努力實(shí)現(xiàn)知識(shí)與能力的飛躍，提升“抓綱舉目”的能力，力求在高考中有最佳的發(fā)揮.

關(guān)鍵詞：過程；模型；技巧

作者簡介：王超良（1959-），男，浙江東陽人，大學(xué)本科，中學(xué)高級(jí)教師，義烏市物理學(xué)科帶頭人，研究方向：高考復(fù)習(xí)與命題研究、創(chuàng)新教學(xué)研究、課堂教學(xué)模式的構(gòu)建、教學(xué)方式的選擇和校本教材開發(fā)等.

在物理高考沖刺復(fù)習(xí)階段中，要特別注重物理過程的展示、重視物理模型的識(shí)別、強(qiáng)化解題策略的訓(xùn)練，努力實(shí)現(xiàn)知識(shí)與能力的飛躍，提升“抓綱舉目”的能力，力求在高考中有最佳的發(fā)揮.為此，要特別注意以下幾類題的訓(xùn)練.

一、強(qiáng)調(diào)物理過程的題

在處理這類問題時(shí)，要緊緊抓住運(yùn)動(dòng)與力的關(guān)系，展示物理情景，弄清楚研究對(duì)象在各階段的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)和相互間的關(guān)系，并選擇相應(yīng)的物理規(guī)律與解題方法，形成清晰的解題思路和方案.

例1 如圖1所示，粗糙的水平面上放置一矩形線框abcd，ab邊的邊長l1=1m，bc邊的邊長l2=06m，線框的質(zhì)量m=1kg，電阻R=01Ω，線框與水平面間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=05.線框受到水平向右的恒力F=10N的作用，從靜止開始運(yùn)動(dòng).已知水平面上ef線（ef∥gh）的右方有垂直水平面向上的均勻磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t的變化情況如圖2中的B-t圖象所示.從線框開始運(yùn)動(dòng)的時(shí)刻作為計(jì)時(shí)起點(diǎn)，線框進(jìn)入磁場最初一段時(shí)間是勻速的，后面的運(yùn)動(dòng)情況未知，ef線與gh線的距離s=51m.g取10m/s2，求：

（1）線框進(jìn)入磁場時(shí)勻速運(yùn)動(dòng)的速度v；

（2）線框由靜止開始至ab邊接觸gh線所用的時(shí)間t；

（3）線框由靜止開始至ab邊接觸gh線的過程中產(chǎn)生的焦耳熱.

分析 此題涉及勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律、牛頓運(yùn)動(dòng)定律、法拉第電磁感應(yīng)定律、閉合電路的歐姆定律、安培力、功能關(guān)系和焦耳定律等內(nèi)容.在求解本題時(shí)，解題者需認(rèn)真審題，把握問題發(fā)生、發(fā)展和變化的態(tài)勢(shì)，弄清線框運(yùn)動(dòng)的各個(gè)階段的特點(diǎn)和所遵循的物理規(guī)律及相關(guān)物理量間關(guān)系的基礎(chǔ)上，才能得以問題的解決.需要解題者具有有序提取和調(diào)動(dòng)所學(xué)知識(shí)進(jìn)行分析判斷的能力，也需要有較強(qiáng)的分析綜合能力.

解析 （1）線框進(jìn)入磁場前，由牛頓第二定律得：

F-μmg=ma

解得a=5m/s2

因?yàn)榫€框進(jìn)入磁場的最初一段時(shí)間做勻速運(yùn)動(dòng)，故ab邊進(jìn)磁場時(shí)磁感應(yīng)強(qiáng)度不變，線框受力平衡，F(xiàn)=μmg+F安.

ab邊進(jìn)入磁場切割磁感線，產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)E=Bl1v

產(chǎn)生的感應(yīng)電流I=ER=Bl1vR

受到的安培力F安=BIl1

代入數(shù)據(jù)，解得v=2m/s

（2）線框進(jìn)入磁場前，作勻加速運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t1=va，解得t1=04s

線框進(jìn)入磁場的過程中，做勻速運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t2=l2v，解得t2=03s

當(dāng)線框完全進(jìn)入磁場后，ab、cd兩邊先不受安培力作用，后所受安培力等大反向，故線框在這個(gè)階段中的加速度大小仍為a=5m/s2.

由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式得：s-l2=vt3+12at23

代入數(shù)據(jù)，解得t3=1s

因此，ab邊由靜止開始運(yùn)動(dòng)到gh線所用的時(shí)間為：t=t1+t2+t3=17s

（3）線框的ab邊進(jìn)入磁場前無焦耳熱產(chǎn)生；

線框進(jìn)入磁場的過程中，產(chǎn)生的焦耳熱為Q1=F安l2=（F-μmg）l2=3J

線框完全進(jìn)入磁場至ab邊接觸gh線的過程中：

線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為：E=ΔBΔtl1l2，解得E=025V

線框中產(chǎn)生的焦耳熱為Q2=E2Rt′，t′=t-09=08s，解得Q2=0 5J

線框由靜止開始至ab邊接觸gh線的整個(gè)過程中產(chǎn)生的焦耳熱為：

Q=Q1+Q2=3 5J

二、重視物理模型類題

對(duì)于物理模型類題，如平衡問題、追及問題、帶電粒子在電場的加速與偏轉(zhuǎn)、帶電粒子在勻場磁場中的運(yùn)動(dòng)等問題，只需將物理過程與原始模型聯(lián)系起來，就容易解決.

例2 如圖3所示，直角坐標(biāo)系xoy位于豎直平面內(nèi)，在-3m≤x≤0的區(qū)域內(nèi)有磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B=40×10-4T、方向垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場，其左邊界與x軸交于P點(diǎn)；在x>0的區(qū)域內(nèi)有電場強(qiáng)度大小E=40N/C、方向沿y軸正方向、寬度為d=20m的勻強(qiáng)電場.一質(zhì)量m=64×10-27kg、電荷量q=-32×10-19C的帶電粒子從P點(diǎn)以速度v=40×104m/s，沿與x軸正方向成α=60°角射入磁場，經(jīng)電場偏轉(zhuǎn)最終通過x軸上的Q點(diǎn)（圖中未畫出），不計(jì)粒子重力.求：

（1）帶電粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間；

（2）當(dāng)電場左邊界與y軸重合時(shí)Q點(diǎn)的橫坐標(biāo)；

（3）若只改變上述電場強(qiáng)度的大小，要求帶電粒子仍能通過Q點(diǎn)，討論此電場左邊界的橫坐標(biāo)x′與電場強(qiáng)度的大小E′的函數(shù)關(guān)系.

分析 此題涉及勻速圓周運(yùn)動(dòng)、拋體運(yùn)動(dòng)、帶電粒子在勻強(qiáng)電場中的運(yùn)動(dòng)、帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動(dòng)等內(nèi)容.要求解題者有整體考慮問題的意識(shí)，在審題后，首先應(yīng)該利用物理遷移的方法在頭腦中形成一幅清晰的物理圖景：帶電粒子從P點(diǎn)進(jìn)行勻強(qiáng)磁場后，先在磁場內(nèi)作勻速圓周運(yùn)動(dòng)，再在電場中作類平拋運(yùn)動(dòng)，在離開電場后作勻速直線運(yùn)動(dòng).對(duì)于第（3）小題，還應(yīng)能夠根據(jù)題中提供的數(shù)據(jù)，考慮到有幾種可能性，并善于利用繪圖的形式根據(jù)物理問題發(fā)生、發(fā)展和變化的序列把帶電粒子依次勻速圓周運(yùn)動(dòng)、類平拋運(yùn)動(dòng)和勻速直線運(yùn)動(dòng)過程進(jìn)行呈現(xiàn)，為順利解題奠定基礎(chǔ).

解析 （1）帶電粒子在磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)

qBv=mv2r

得r=2m

由幾何關(guān)系可知，粒子運(yùn)動(dòng)軌跡所對(duì)應(yīng)的圓心角為60°，且過y軸時(shí)的速度剛好平行于x軸.

帶電粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t=16T=16×2πrv，得t≈523×10-5s

（2）y0=r-rcosα，得y0=1m

a=qEm，Δy=12a（dv）2，得△y=025m

故粒子先做類平拋運(yùn)動(dòng)，再做斜向下勻速直線運(yùn)動(dòng)到Q點(diǎn).

設(shè)粒子離開電場時(shí)速度方向與x軸正向的夾角為θ，則

vy=a·dv，tanθ=vyv，得tanθ=025

再由粒子在電場中作類平拋運(yùn)動(dòng)時(shí)，其離開電場的速度方向的延長線通過其水平位移的中點(diǎn)，則有

tanθ=y0x-d2

得x=5m

（3）設(shè)電場左邊界的橫坐標(biāo)為x′，則

①當(dāng)0≤x′≤3m時(shí)，粒子先水平勻速后類平拋再斜向下勻速運(yùn)動(dòng)到Q點(diǎn)，則

tanθ′=qE′m·dvv=qE′dmv2

又tanθ′=y0x-x′-d2，得E′=164-x′

②當(dāng)3m≤x′≤5m時(shí)，粒子先水平勻速再類平拋過Q點(diǎn)，則

y0=12qE′m（5-x′v）2，得E′=64（5-x′）2

三、強(qiáng)化技巧性較高的題

如臨界問題、多體多過程問題，就是此類技巧性較高的題.遇到這類物理問題時(shí)，就要注意隱含條件的挖掘、“關(guān)鍵點(diǎn)”的突破、過程之間“銜接點(diǎn)”的確定、關(guān)鍵字詞句的理解、物理情境的展示、物理過程的分析等等，需要在不斷嘗試與積累的過程中，逐步掌握解題技巧.

例3 如圖4所示，現(xiàn)有范圍足夠大的平行電子束以速度v0從無限遠(yuǎn)處垂直射向虛線MN，虛線右側(cè)加有一垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B.半徑為R的接地金屬圓筒固定在圓心O到MN的距離為2R處，圓筒軸線垂直紙面.已知電子的質(zhì)量為m，電量為e，忽略電子的重力和它們間的相互作用.

（1）求初速度v0滿足什么條件時(shí)，電子將不可能打到圓筒上？

（2）若電子的初速度v0=3eBRm，求邊界MN上哪些范圍內(nèi)的電子能夠打到圓筒上？

（3）在第（2）問中，若圓筒上有部分表面有來自虛線的兩個(gè)不同位置的電子能打到其上面，求這樣的兩個(gè)電子在磁場中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間差△t的最大值.

分析 對(duì)于多體、多過程問題和臨界問題，展示清楚物理過程是關(guān)鍵，而臨界點(diǎn)的挖掘是重中之重.利用畫圖的方式對(duì)物理過程的細(xì)節(jié)進(jìn)行展示是有效的解題手段，這也應(yīng)該成為解題者應(yīng)該具有的一種習(xí)慣性思維方式或解題行為.

解析 （1）由eBv0=mv20r知，當(dāng)電子進(jìn)入磁場后，若半徑小于R時(shí)將不會(huì)有電子打到圓筒上，可得：

v0

（2）當(dāng)電子速度v0=3eBRm時(shí)，設(shè)電子在磁場中作圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為r′，則：

r′=mv0eB=3R

電子能夠打到圓筒的范圍為P1P2，如圖5所示.由圖中的幾何關(guān)系可得：

PP1=（4R）2-（2R）2+r′=（3+23）R

同理：PP2=（23-3）R

故P1P2=43R

（3）由如圖5所示的幾何關(guān)系可得：

T=2πr′v0，t1=56π2πT=512T，t2=arcsin132πT

得Δt=t1-t2=meB（56π-arcsin13）

另外， 在物理高考沖刺復(fù)習(xí)階段中，還要充分注重答題規(guī)范訓(xùn)練.在解題時(shí)，力求規(guī)范、表述合理，養(yǎng)成分步列式的習(xí)慣，可參考高考試卷的標(biāo)準(zhǔn)答案；對(duì)有多種解法的問題，建議采用常規(guī)方法求解.

參考文獻(xiàn)：

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