張北春

(安徽懷寧縣高河中學(xué),安徽懷寧 246121)

高考是一種選拔性考試,目的是要在眾多考生中選拔出“具有學(xué)習(xí)潛能”的學(xué)生.物理創(chuàng)新題是高考命題的一個(gè)新方向,近年來高考物理試題通過對(duì)試題情景的創(chuàng)新、試題形式的創(chuàng)新和試題解法的創(chuàng)新,有效地檢驗(yàn)了考生的創(chuàng)新思想和創(chuàng)新能力,有力地推動(dòng)了中學(xué)物理創(chuàng)新教育的發(fā)展.下面以2010年各地高考題為例分類進(jìn)行解析,供學(xué)生們參考.

1 物理學(xué)史創(chuàng)新題

圖1

例1.(安徽卷)伽利略曾設(shè)計(jì)如圖1所示的一個(gè)實(shí)驗(yàn),將擺球拉至 M點(diǎn)放開,擺球會(huì)達(dá)到同一水平高度上的 N點(diǎn).如果在E或F處有釘子,擺球?qū)⒀夭煌膱A弧達(dá)到同一高度的對(duì)應(yīng)點(diǎn);反過來,如果讓擺球從這些點(diǎn)下落,它同樣會(huì)達(dá)到原水平高度上的 M點(diǎn).這個(gè)實(shí)驗(yàn)可以說明,物體由靜止開始沿不同傾角的光滑斜面(或弧線)下滑時(shí),其末速度的大小

(A)只與斜面的傾角有關(guān).

(B)只與斜面的長(zhǎng)度有關(guān).

(C)只與下滑的高度有關(guān).

(D)只與物體的質(zhì)量有關(guān).

解析:伽利略的理想斜面和擺球?qū)嶒?yàn),斜面上的小球和擺線上的小球好象“記得”起自己的起始高度,實(shí)質(zhì)上動(dòng)能與勢(shì)能的轉(zhuǎn)化過程中,總能量不變.物體由靜止開始沿不同傾角的光滑斜面(或弧線)下滑時(shí),高度越大,初始的勢(shì)能越大,轉(zhuǎn)化后的末動(dòng)能也就越大,速度越大,(C)正確.答案:(C).

創(chuàng)新之處:以物理史料和探究類問題為背景編擬試題,體現(xiàn)新課程“注重科學(xué)探究,提倡學(xué)習(xí)方式多樣化”的理念.培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)創(chuàng)新精神和提高創(chuàng)新能力是落實(shí)素質(zhì)教育的核心,在中學(xué)物理教學(xué)中實(shí)施創(chuàng)新教育,物理學(xué)史有著重要的作用.

2 特性相似創(chuàng)新題

例2.(天津卷)在靜電場(chǎng)中,將一正電荷從a點(diǎn)移到b點(diǎn),電場(chǎng)力做了負(fù)功,則

(A)b點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度一定比a點(diǎn)大.

(B)電場(chǎng)線方向一定從b指向a.

(C)b點(diǎn)的電勢(shì)一定比a點(diǎn)高.

(D)該電荷的動(dòng)能一定減小.

解析:本題考查電場(chǎng)力做功與電勢(shì)能的變化、電勢(shì)和電場(chǎng)線的有關(guān)知識(shí).在靜電場(chǎng)中,正電荷從a點(diǎn)移到b點(diǎn),電場(chǎng)力做負(fù)功,是從低電勢(shì)移到高電勢(shì)處,電勢(shì)能增加,(A)、(D)錯(cuò)誤,(C)正確;但電場(chǎng)線方向不一定從b點(diǎn)指向a點(diǎn),(B)錯(cuò)誤.答案(C).

創(chuàng)新之處:電場(chǎng)力做功可以借助電場(chǎng)力做功的特性與重力做功的特性相似來分析,當(dāng)重力對(duì)物體做正功時(shí),重力勢(shì)能減少,當(dāng)重力對(duì)物體做負(fù)功時(shí),重力勢(shì)能增加.在電場(chǎng)中,不管是哪種電荷,只要是電場(chǎng)力對(duì)移動(dòng)電荷做了正功,該電荷的電勢(shì)能一定減少,反之,電場(chǎng)力做了負(fù)功,該電荷的電勢(shì)能一定增加,且電場(chǎng)力做功的多少等于電勢(shì)能變化的多少.

3 圖像信息類創(chuàng)新題

圖2

例3.(廣東卷)圖 2是某質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的速度圖像,由圖像得到的正確結(jié)果是

(A)0～1 s內(nèi)的平均速度是2 m/s.

(B)0～2 s內(nèi)的位移大小是3 m.

(C)0～1 s內(nèi)的加速度大于2～4 s內(nèi)的加速度.

(D)0～1 s內(nèi)的運(yùn)動(dòng)方向與2～4 s內(nèi)的運(yùn)動(dòng)方向相反.

(B)由面積法知:0～2 s的位移 s=3 m;(C)用斜率求出0～1 s的加速度:a1=2 m/s2、2-4 s的加速度a2=1 m/s2,因而:a1＞a2;D.0～1 s、2～4 s兩個(gè)時(shí)間段內(nèi)速度均為正,表明速度都為正向,運(yùn)動(dòng)方向相同.答案(B)、(C).

創(chuàng)新之處:圖像信息類問題,涉及的內(nèi)容比較豐富,構(gòu)思新穎,主要考查考生的閱讀理解、捕捉信息、分析推理、觀察判斷、歸納概括和探究等多種能力.解答這類問題,對(duì)題中的圖像要細(xì)微觀察,從而迅速、準(zhǔn)確地捕捉到有用的信息.從勻變速直線運(yùn)動(dòng)的速度圖像中可以獲取:(1)某時(shí)刻對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)速度以及某個(gè)速度值對(duì)應(yīng)的時(shí)刻;(2)某段時(shí)間內(nèi)的速度的變化量;(3)某段時(shí)間內(nèi)的位移.

4 聯(lián)系實(shí)際類創(chuàng)新題

例4.(安徽卷)為了對(duì)火星及其周圍的空間環(huán)境進(jìn)行探測(cè),我國(guó)預(yù)計(jì)于2011年10月發(fā)射第1顆火星探測(cè)器“螢火1號(hào)”.假設(shè)探測(cè)器在離火星表面高度分別為 h1和h2的圓軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí),周期分別為 T1和 T2.火星可視為質(zhì)量分布均勻的球體,且忽略火星的自轉(zhuǎn)影響,萬有引力常量為G.僅利用以上數(shù)據(jù),可以計(jì)算出(A)火星的密度和火星表面的重力加速度.(B)火星的質(zhì)量和火星對(duì)“螢火1號(hào)”的引力.(C)火星的半徑和“螢火1號(hào)”的質(zhì)量.

(D)火星表面的重力加速度和火星對(duì)“螢火1號(hào)”的引力.

創(chuàng)新之處:以物理學(xué)前沿及科技新成果為背景編擬試題,體現(xiàn)新課程“注意學(xué)科滲透,關(guān)心科技發(fā)展”的理念.本題以火星探測(cè)器“螢火1號(hào)”為背景,涉及到受力問題和運(yùn)動(dòng)問題知識(shí)點(diǎn),考查理解能力和處理物理問題的能力,體現(xiàn)了《考試大綱》中對(duì)“理解物理概念、物理規(guī)律的確切含義,理解物理規(guī)律的適用條件,理解相關(guān)知識(shí)的區(qū)別和聯(lián)系”能力要求.

5 連鎖變化創(chuàng)新題

圖3

例 5.(天津卷)為探究理想變壓器原、副線圈電壓、電流的關(guān)系,將原線圈接到電壓有效值不變的正弦交流電源上,副線圈連接相同的燈泡 L1、L2,電路中分別接了理想交流電壓表 V1、V2和理想交流電流表A1,A2,導(dǎo)線電阻不計(jì),如圖3所示.當(dāng)開關(guān)S閉合后

(A)A1示數(shù)變大,A1與A2示數(shù)的比值不變.

(B)A1示數(shù)變大,A1與A2示數(shù)的比值變大.

(C)V2示數(shù)變小,V1與V2示數(shù)的比值變大.

(D)V2示數(shù)不變,V1與V2示數(shù)的比值不變.

解析:命題意圖:以變壓器動(dòng)態(tài)問題為背景考查考生綜合分析能力及邏輯思維能力.因?yàn)樽儔浩鞯脑褦?shù)與U1不變,所以電壓表V1的示數(shù)和電壓表V2的示數(shù)不變.(C)錯(cuò)誤,(D)正確;當(dāng) S閉合后,因?yàn)樨?fù)載電阻減小,故次級(jí)線圈中的電流 I2增大,由于輸入功率等于輸出功率,所以 I1也將增大,但因?yàn)樽儔浩鞯脑褦?shù)不變,(B)錯(cuò)誤,(A)正確.答案:(A)、(D).

創(chuàng)新之處:電路一般由電源、用電器、連接導(dǎo)線和控制設(shè)備等組成,中學(xué)物理中所涉及到的電學(xué)元件不多,而且必須歸結(jié)為簡(jiǎn)單的串并聯(lián)電路,所以電路比較簡(jiǎn)單.在閉合電路中,當(dāng)部分元件的阻值發(fā)生變化,或內(nèi)、外電路的結(jié)構(gòu)發(fā)生改變時(shí),都會(huì)發(fā)生一系列的連鎖變化.

6 社會(huì)熱點(diǎn)創(chuàng)新題

例6.(福建卷)中國(guó)已投產(chǎn)運(yùn)行的1 000 kV特高壓輸電是目前世界上電壓最高的輸電工程.假設(shè)甲、乙兩地原采用500 kV的超高壓輸電,輸電線上損耗的電功率為 P.在保持輸送電功率和輸電線電阻都不變的條件下,現(xiàn)改用1 000kV特高壓輸電,若不考慮其他因素的影響,則輸電線上損耗的電功率將變?yōu)樵瓉淼?/p>

解析:本題以特高壓輸電這一生活情境為背景,響應(yīng)了“兩會(huì)”提出的節(jié)能減排的建議,考查了用遠(yuǎn)程高壓輸電減小能耗的知識(shí)點(diǎn),具有實(shí)際意義.由P=UI可知,當(dāng)輸出電壓由500 kV升高到1000 kV時(shí),電路中的電流將為原來的一半;由P損=I2R可知輸電線上損耗的電功率將變?yōu)樵瓉淼?選項(xiàng)(A)正確.答案:(A).

7 設(shè)計(jì)性創(chuàng)新題

圖4

例7.(安徽卷)利用圖4示裝置進(jìn)行驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)時(shí),需要測(cè)量物體由靜止開始自由下落到某點(diǎn)時(shí)的瞬時(shí)速度 v和下落高度h.某班學(xué)生利用實(shí)驗(yàn)得到的紙帶,設(shè)計(jì)了以下4種測(cè)量方案.

(A)用刻度尺測(cè)出物體下落的高度 h,并測(cè)出下落時(shí)間 t,通過 v=gt計(jì)算出瞬時(shí)速度v0.

(C)根據(jù)做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)紙帶上某點(diǎn)的瞬時(shí)速度,等于這點(diǎn)前后相鄰兩點(diǎn)間的平均速度,測(cè)算出瞬時(shí)速度,并通過計(jì)算得出高度h.

(D)用刻度尺測(cè)出物體下落的高度h,根據(jù)做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)紙帶上某點(diǎn)的瞬時(shí)速度,等于這點(diǎn)前后相鄰兩點(diǎn)間的平均速度,測(cè)算出瞬時(shí)速度 v0.

以上方案中只有一種正確,正確的是________.(填入相應(yīng)的字母)

解析:本實(shí)驗(yàn)就是要驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒,如果直接用重力加速度g計(jì)算速度,則相當(dāng)于已經(jīng)承認(rèn)了機(jī)械能守恒,因此(A)、(B)錯(cuò);高度不能計(jì)算,(C)錯(cuò);因此選(D).答案:(D)

創(chuàng)新之處:設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)題具有綜合性、開放性、探索性和創(chuàng)造性等特點(diǎn),是高考對(duì)考生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰σ筇岣叩捏w現(xiàn).

8 探究過程創(chuàng)新題

例8.(江蘇卷)在測(cè)量電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)中,由于所用的電壓表(視為理想電壓表)的量程較小,某學(xué)生涉及了如圖5所示的實(shí)物電路.

圖5

(1)實(shí)驗(yàn)時(shí),應(yīng)先將電阻箱的電阻調(diào)到________.(選填“最大值”、“最小值”或“任意值”)

(2)改變電阻箱的阻值R,分別測(cè)出阻值 R0=10 Ω的定值電阻兩端的電壓U,表1兩組 R的取值方案中,比較合理的方案是________.(選填 1或 2)

表1

解析:(1)為了安全實(shí)驗(yàn),應(yīng)先將電阻箱的電阻調(diào)到最大值.

創(chuàng)新之處:測(cè)定電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻是高中階段電學(xué)實(shí)驗(yàn)考查的重點(diǎn),安全實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)誤差和圖像分析是近幾年各地高考題目的出題熱點(diǎn),實(shí)驗(yàn)誤差是檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)質(zhì)量的量化標(biāo)準(zhǔn).不懂得怎樣分析誤差的來源,就無法在實(shí)驗(yàn)中注意到盡可能地減小誤差而提高實(shí)驗(yàn)的質(zhì)量;不會(huì)分析誤差的大小,就無法對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)論的可靠程度作出客觀的評(píng)價(jià).因此,對(duì)實(shí)驗(yàn)誤差的分析,也應(yīng)當(dāng)是實(shí)驗(yàn)基本技能的一個(gè)重要方面.

9 數(shù)理結(jié)合類創(chuàng)新題

例9.(江蘇卷)制備納米薄膜裝置的工作電極可簡(jiǎn)化為真空中間距為 d的兩平行極板,如圖6(甲)所示,加在極板 A、B間的電壓UAB作周期性變化,其正向電壓為 U0,反向電壓為-kU0(k＞1),電壓變化的周期為2τ,如圖 6(乙)所示.在 t=0時(shí),極板B附近的一個(gè)電子,質(zhì)量為 m、電荷量為e,受電場(chǎng)作用由靜止開始運(yùn)動(dòng).若整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中,電子未碰到極板 A,且不考慮重力作用.

(2)若電子在0～200t時(shí)間內(nèi)未碰到極板B,求此運(yùn)動(dòng)過程中電子速度 u隨時(shí)間t變化的關(guān)系;

(3)若電子在第N個(gè)周期內(nèi)的位移為零,求k的值.

圖6

初速度的大小為 v1=a1τ.

(a)當(dāng)0≤t-2nτ＜τ時(shí),電子的運(yùn)動(dòng)速度為

依據(jù)題意有x2N-1+x2N=0.

創(chuàng)新之處:設(shè)置一定分值的“難題”,體現(xiàn)新課程“張揚(yáng)個(gè)性,發(fā)展特長(zhǎng)”的理念.本題涉及到真空勻強(qiáng)電場(chǎng)、帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)、類平拋運(yùn)動(dòng)等知識(shí)點(diǎn),重點(diǎn)考查分析綜合能力和應(yīng)用數(shù)學(xué)處理物理問題的能力,體現(xiàn)了《考試大綱》中對(duì)“能夠把一個(gè)復(fù)雜問題分解為若干較簡(jiǎn)單的問題,找出它們之間的聯(lián)系”和“能夠根據(jù)具體問題列出物理量之間的關(guān)系式,進(jìn)行推導(dǎo)和求解,并根據(jù)結(jié)果得出物理結(jié)論”的能力要求.本題中帶電粒子連續(xù)做不同的運(yùn)動(dòng),即類平拋運(yùn)動(dòng)、勻速直線運(yùn)動(dòng),解題的關(guān)鍵是處理好3段運(yùn)動(dòng)連接點(diǎn)的速度大小和方向.

10 守恒思想創(chuàng)新題

例10.(天津卷)如圖7所示,質(zhì)量 m1=0.1 kg,電阻R1=0.3 Ω,長(zhǎng)度 l=0.4 m的導(dǎo)體棒 ab橫放在U型金屬框架上.框架質(zhì)量m2=0.2 kg,放在絕緣水平面上,與水平面間的動(dòng)摩擦因數(shù) μ=0.2,相距0.4 m的 MM′、NN′相互平行,電阻不計(jì)且足夠長(zhǎng).電阻 R2=0.1 Ω的 MN垂直于MM′.整個(gè)裝置處于豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.5 T.垂直于ab施加F=2 N的水平恒力,ab從靜止開始無摩擦地運(yùn)動(dòng),始終與 MM′、NN′保持良好接觸,當(dāng)ab運(yùn)動(dòng)到某處時(shí),框架開始運(yùn)動(dòng).設(shè)框架與水平面間最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力,g取10 m/s2.

(1)求框架開始運(yùn)動(dòng)時(shí)ab速度v的大小;

圖7

(2)從ab開始運(yùn)動(dòng)到框架開始運(yùn)動(dòng)的過程中,MN上產(chǎn)生的熱量Q=0.1 J,求該過程ab位移x的大小.

思路點(diǎn)撥:本題考查電磁感應(yīng)、安培力、摩擦力、閉合電路歐姆定律等知識(shí),重點(diǎn)考查守恒思想在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的應(yīng)用.在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中,由于導(dǎo)體切割磁感線或磁通量的變化而在電路中產(chǎn)生感應(yīng)電流的過程,實(shí)質(zhì)是導(dǎo)體克服感應(yīng)電流在磁場(chǎng)中受到的安培力做功而將機(jī)械能或其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的過程.導(dǎo)體克服感應(yīng)電流受到的安培力做了多少功,就有多少其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能.

解析:(1)ab對(duì)框架的壓力為F1=m1g;框架受水平面的支持力 FN=m2g+F1=m2g+m1g,依題意,最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力,則框架受到最大靜摩擦力為F2=μ FN.

創(chuàng)新之處:守恒思想既是引導(dǎo)人類探索并發(fā)現(xiàn)新的守恒定律的思想基礎(chǔ),也是歷年高考物理考查的重點(diǎn)和熱點(diǎn).由于新課標(biāo)地區(qū)高考對(duì)動(dòng)量守恒定律的要求已明顯降低,所以必然會(huì)對(duì)電荷守恒定律或能量守恒定律進(jìn)行重點(diǎn)考查.應(yīng)用能量守恒定律解題時(shí)關(guān)鍵要分析清楚在所研究的物理過程中哪些形式的能量參與了轉(zhuǎn)化,哪些形式的能量增加,哪些形式的能量減少,它們的變化量分別是多少.求解能量的變化時(shí),一可用能量變化的概念,二可用功能關(guān)系.應(yīng)用守恒思想解題的方法,還可以遷移到對(duì)恒定電流電路的動(dòng)態(tài)變化分析的有關(guān)問題中去,因?yàn)閮?nèi)、外電壓之和保持不變.