追本溯源拓展提升——2021年全國高考理綜乙卷第25題賞析

2021-11-13 08:02:24

物理之友 2021年8期

(河南省開封高級中學(xué)，河南開封 475003)

1 引言

高考試題是各類考試命題的風(fēng)向標(biāo)，對高中教學(xué)和復(fù)習(xí)備考具有導(dǎo)向作用?？v觀歷屆高考物理試題，我們常常會在試題中找到平常練習(xí)題的影子，既似曾相識又耳目一新。2021年全國高考理綜乙卷第25題就具有這種特點(diǎn)，從題目的內(nèi)容上看，相關(guān)物理模型似曾相識，但通過題目的變形讓學(xué)生感到題目有一定的難度。通過對試卷的分析解讀，啟示我們在平常教學(xué)過程中，要注重培養(yǎng)學(xué)生的模型構(gòu)建能力，提煉典型模型的特點(diǎn)，這將會有助于學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的提升。

2 試題及解析

2.1 原題呈現(xiàn)

圖1

(1)金屬棒在磁場中運(yùn)動時所受安培力的大??；

(2)金屬棒的質(zhì)量以及金屬棒與導(dǎo)體框之間的動摩擦因數(shù)；

(3)導(dǎo)體框勻速運(yùn)動的距離。

2.2 解析

該試題考查了電磁感應(yīng)、電路、動力學(xué)及動能、動量等相關(guān)知識，考查了學(xué)生的綜合分析能力。

3 追根溯源

追根溯源可以看出：該題是在常見的滑塊木板模型的基礎(chǔ)上嵌入了電磁感應(yīng)等相關(guān)知識。只是滑塊木板模型中的外力變成了安培力，相關(guān)外力的大小在題中直接給出，需要學(xué)生借助電磁感應(yīng)、電路及安培力等知識進(jìn)行求解。如果將此題和常見的滑塊木板模型中的多過程專題和臨界專題相結(jié)合，抽絲剝繭，抓住主干，會發(fā)現(xiàn)該題其實并不難。

滑塊木板模型作為力學(xué)的基本模型，經(jīng)常出現(xiàn)在直線運(yùn)動和牛頓運(yùn)動定律等相關(guān)知識的應(yīng)用之中，同時也是高考物理試題中的一個高頻考查模型，在備考中應(yīng)受到師生的重視。

從試題所描述的過程來看，整個過程較為復(fù)雜，是多過程問題。對于多過程問題的分析，要本著“合-分-合”的思路進(jìn)行解析。在對相關(guān)過程的分析中，第一個“合”為初步了解全過程，構(gòu)建運(yùn)動情境；“分”則是分解全過程，分析每個分過程所遵循的物理規(guī)律；第二個“合”是要找到各個分過程的聯(lián)系，尋找解題方法，此類問題的解析有利于培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用物理知識和科學(xué)思維的能力。

根據(jù)相關(guān)模型的特點(diǎn)，解決滑塊木板模型問題的解題思路如下：

(1)畫出較為完整的滑塊和木板運(yùn)動過程草圖；

(2)分析滑塊和木板的受力情況(特別是發(fā)生相互作用的物體間的摩擦力的變化)；

(3)根據(jù)牛頓第二定律，分別求解滑塊和木板的加速度；

(4)結(jié)合對滑塊和木板的運(yùn)動情況分析，分別找出滑塊和木板間的位移或者速度之間的關(guān)系，列出方程組。

在處理相關(guān)問題的過程中，要關(guān)注滑塊和木板相互作用的臨界狀態(tài)，例如兩者共速后的運(yùn)動，題目中是否有隱含條件的限制等，需要結(jié)合題目進(jìn)行分析、討論和判斷。

在問題解決過程中，會用到多種方法和物理規(guī)律，例如求時間通常會用到牛頓第二定律、運(yùn)動學(xué)公式、動量定理等，求位移和速度通常會用到牛頓運(yùn)動定律、運(yùn)動學(xué)公式、動能定理等，此類問題綜合性較強(qiáng)，對學(xué)生高中物理知識的考查較為全面。

2021年全國高考理綜乙卷第25題就是在滑塊木板模型的基礎(chǔ)上，嵌入了電磁感應(yīng)知識，通過運(yùn)算求解安培力的大小，當(dāng)安培力的大小確定以后，解題的思路又回到了常見的滑塊木板模型。由此可見，在高考物理試題的設(shè)計中往往會在基本模型的基礎(chǔ)上嵌入其他知識，從而使題目在形式、內(nèi)容以及難度上有所變化，使學(xué)生既感到似曾相識又耳目一新。

例如以下典型的例題，同樣是在滑塊木板模型的基礎(chǔ)上嵌入動量守恒和能量守恒的知識，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行多過程分析、求解。

4 典型例題

例：如圖2所示，質(zhì)量M=1kg的長木板靜止在水平地面上，右端固定一輕質(zhì)短彈簧，用質(zhì)量為m=0.5kg的物塊壓縮彈簧并固定，此時彈簧的彈性勢能為6J，木板右端到豎直墻的距離L=34cm。在某時刻釋放彈簧，使得物塊和木板瞬間獲得一定的速度，之后木板與豎直墻發(fā)生彈性碰撞。已知木板和地面間的動摩擦因數(shù)μ1=0.1，物塊和木板間的動摩擦因數(shù)μ2=0.3，重力加速度g取10m/s2，在運(yùn)動過程中物塊始終在木板上。