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2009年全国各地高考有多套理科综合卷和物理试卷.这些试卷中物理试题的共同特征是凸显基础工程,关注课改新声.回归经典、突出基础、关注课改是一个相互联系的整体,2009年很多省市迎接了新课程改革后的第一年高考.品味高考物理试题,搞好物理教学是值得关注的话题.具体地说,这些试题主要从以下几个方面进行了考查:
一、对物理基础知识的考查
高考试题无论考查什么能力都必须以相应的基础知识为载体,这就是高考的基础性.前苏联教育家布鲁姆曾说过“学生学的知识越基础,该知识对新问题的适应性就越广,迁移能力就越强”.学好物理,重在理解悟出其中的“哲理”,切实提高对基础知识的理解能力.它也是学生分析综合能力、推理能力的基础.2009年高考理综试卷有相当数量的试题是着重考核考生的理解能力,即考查考生是否理解物理概念和物理规律的确切含义.要求学生能用自己的语言和观点来理解公式和规律,养成严谨认真的科学素质.
【例1】 一列简谐横波在某一时刻的波形图如图1所示,图中P、Q两质点的横坐标分别为x=1.5m和x=4.5m.P点的振动图像如图2所示.
图1图2
在下列四幅图中,Q点的振动图像可能是
A.B.
C.D.
解析:此题考查学生对波形图规律的理解.由波动图像可知Q质点和P质点平衡位置相隔3m,故振动相差34T,由于不知波的传播方向,故不知两点的振动先后,尽管从P的振动图像能判断0时刻P的振动方向沿+y方向.故Q的振动可能超前P34T,也可能滞后34T,
故B、C选项均正确.
二、对基本物理过程分析能力的考查
在中学阶段所涉及的物理过程很多,我们要重视对基本物理过程的分析,因为每一种特定的物理过程都有自己特色的解题方法.在高中物理中,力学部分涉及到的基本过程有匀速直线运动、匀变速直线运动、平抛运动、圆周运动、简谐运动等.其中平抛运动是运用运动的独立性原理,利用分解的方法进行求解的;而圆周运动是通过受力分析,求出向心力,列出“供需平衡”的方程F=mv2r,不同的运动形式有不同的解题方法.
除了这些物理过程外还有两类重要的过程,一是碰撞过程,二是先变加速最终匀速运动的过程(如恒定功率汽车的起动问题).碰撞过程是一个短暂的瞬间过程,平常我們称之为“咔嚓”过程,在这个瞬间的过程中只有直接相互碰撞的物体之间才会发生力、速度、加速度的变化,在利用动量守恒定律解题时一定要注意分析是短暂作用过程还是持续作用过程,短暂的作用过程往往有大量的机械能损失.
图3
【例2】 如图3,在宽度分别为l1和l2的两个毗邻的条形区域分别有匀强磁场和匀强电场,磁场方向垂直于纸面向里,电场方向与电、磁场分界线平行向右.一带正电荷的粒子以速率v从磁场区域上边界的P点斜射入磁场,然后以垂直于电、磁场分界线的方向进入电场,最后从电场边界上的Q点射出.已知PQ垂直于电场方向,粒子轨迹与电、磁场分界线的交点到PQ的距离为d.不计重力,求电场强度与磁感应强度大小之比及粒子在磁场与电场中运动时间之比.
解析:本题考查带电粒子在场中的运动,属于“过程型”综合题.对于“过程型”综合题,我们可按照物理事件发生的时间顺序,对物理过程按程序进行分析,将复杂的物理过程分解为几个简单的子过程,重在“过程”的剖析.在这个具体情景中,带电粒子先在磁场中做匀速圆周运动,进入电场后做平抛运动,是圆周运动与类平抛运动两个基本过程相链接的综合题.具体解法如下:
图4
粒子在磁场中做匀速圆周运动,如图4所示.由于粒子在分界线处的速度与分界线垂直,圆心O应在分界线上,OP长度即为粒子运动的圆弧的半径R.由几何关系得
R2=l21+(R-d)2.
设粒子的质量和所带正电荷分别为m和q,由洛仑兹力公式和牛顿第二定律得
qvB=mv2R.
设P′为虚线与分界线的交点,∠POP′=α,粒子在磁场中的运动时间为
t1=Rαv,式中有sinα=l1R.
粒子进入电场后做类平抛运动,其初速度为v,方向垂直于电场.粒子的加速度大小为a,由牛顿第二定律得qE=ma.
由运动学公式有d=12at22,l2=vt2.
解得电场强度与磁感应强度大小之比EB=l21+d2l22v.
粒子在磁场与电场中运动时间之比t1t2=l21+d22dl2arcsin(2dl1l21+d2).
三、基础知识的类比、迁移能的考查
几乎每年都要考查万有引力定律与天体运动的知识,要求考生能运用类比和迁移的方法解答不同天体之之间的运动问题.如浙江卷的第19题考查万有引力定律知识,选择的是以潮汐现象为载体,与自然天文现象相结合试题,这些题目需要在掌握原有物理知识的基础上进行类比与迁移.
【例3】 在讨论地球潮汐成因时,地球绕太阳运行轨道与月球绕地球运行轨道可视为圆轨道.已知太阳质量约为月球质量的2.7×107倍,地球绕太阳运行的轨道半径约为月球绕地球运行的轨道半径的400倍.关于太阳和月球对地球上相同质量海水的引力,以下说法正确的是().
A.太阳引力远大于月球引力
B.太阳引力与月球引力相差不大
C.月球对不同区域海水的吸引力大小相等
D.月球对不同区域海水的吸引力大小有差异
解析:根据万有引力定律F=GMmR2,可得F太阳F月=M太阳M月•R2月R2太阳代入数据可知,太阳的引力远大于月球的引力;由于月心到不同区域海水的距离不同,所以引力大小有差异.因此本题的正确选项为A、D.
四、对应用数学知识处理物理问题能力的考查
物理学是一门精确科学,与数学有密切的关系.所以熟练运用数学知识处理物理问题,是进入高校深造的考生必须具有的能力.离开了数学物理就寸步难行!运用数学的能力指的是考生是否能根据问题列出物理量的关系式,进行推导和求解,并根据结果得出物理结论;是否能运用几何图形、函数图像进行表述、分析和处理问题.
图5
【例4】 如图5所示,在x轴下方有匀强磁场,磁感应强度大小为B,方向垂直于xy平面向外.P是y轴上距原点为h的一点,No为x轴上距原点为a的一点.A是一块平行于x轴的挡板,与x轴的距离为h2,A的中点在y轴上,长度略小于a2.带电粒子与挡板碰撞前后,x方向的分速度不变,y方向的分速度反向、大小不变.质量为m,电荷量为q(q>0)的粒子从P点瞄准No点入射,最后又通过P点.不计重力,求粒子入射速度的所有可能值.
解析:在这个题目的物理情景中,考生要有很强的空间想像能力,规范地作出数学几何关系图,将数学知识很好地运用到具体的物理规律中.在这里要特别强调规范作图的重要性,图画清楚了,几何关系也就一目了然,再难的题目也就迎刃而解了.具体解法如下:
设粒子的入射速度为v,第一次射出磁场的点为No′,与板碰撞后再次进入磁场的位置为N1.粒子在磁场中运动的半径为R,有:
R=mvqB
粒子速率不变,每次进入磁场与射出磁场位置间距离x1,保持不变,其运动的几何图如图6所示,θ角为PNo与x轴的夹角,由图可知
x1=N′oNo=2Rsinθ.
图6
粒子射出磁场与下一次进入磁场位置间的距离x2始终不变,由图6可知:
x2=a.
设粒子最终离开磁场时,与挡板相碰n次(n=0,1,2……).若粒子能回到P点,由对称性,出射点的x坐标应为-a,即;
(n+1)x1-nx2=2a
解得:x1=n+2n+1a.
若粒子与挡板能发生碰撞,则有:
x1-x2>14a.
解得n<3.
联立方程解得:
v=qB2msinθ•n+2n+1a,式中sinθ=ha2+h2.
粒子入射速度的所有可能值为:
v0=qBaa2+h2mh,n=0,
v0=3qBaa2+h24mh,n=1,
v0=2qBaa2+h23mh,n=2.
五、对设计和完成实验能力的考查
实验是理科发展的最重要动力之一,实验也是培养学生创新意识和实践能力的重要方式.2009年理综卷物理实验题源于教材而又有一定的创新,如浙江理综卷第22题的第2小题,考查的是单摆,但是它用激光和光敏电阻替代秒表计时,具有现代科技气息.从恢复高考到现在的20余年中,我们可以清楚地看到实验考查的要求在提高.这里所讲的提高,主要并不是难度的提高,而是实验涉及面的扩大,是对思维广阔性、敏捷性要求的提高,是对动手进行实验操作、掌握实验基本技能的要求提高,也是对实验技能在实际应用中的要求提高.例如,从最初的课本实验强调实验的安全性开始,转变为对成套实验装置的操作,再进一步发展到对可能的几套实验方案中选择最佳方案(评价),后又发展到用常规实验仪器进行创新使用,到最近两三年已拓展到对学生课外活动的研究和指导、评价.
图7
【例5】 在“探究单摆周期与摆长的关系”实验中,若摆球在垂直纸面的平面内摆动,为了将人工记录振动次数改为自动记录振动次数,在摆球运动最低点的左、右两侧分别放置一激光光源、
光敏电阻,并与某一自动记录仪相连,如图7所示.该仪器显示的光敏电阻阻值R随时间t变化图线如图8所示,则该单摆的振动周期为.若保持悬点到小球顶点的绳长不变,改用直径是原小球直径2倍的另一小球进行实验,则该单摆的周期将填“变大”、“不变”或“变小”).
解析:此题体现了新课程的教学要求,具有新时代的气息.探究单摆周期与摆长的关系的实验中,一般都是用古典的秒表,利用累积法进行计时实验的.而在此题的物理情景中出现了与光敏电阻相连接的传感器问题,是一种现代科技化的自动记录仪器.光敏电阻受到光照时,电阻变小,当单摆下摆时可将激光遮挡,这时光敏电阻增大,也就是图线中的凸起部分.单摆1个周期遮光两次,所以周期为2t0;单摆周期与小球质量、大小无关,但若改用直径变为原小球直径的2倍,摆长变大,周期变大,球变大,激光被档的时间也变长,所以遮光时间Δt也变大.因此,本题的正确答案为“2t0、变大”.
图8
纵观近几年的高考物理实验题,虽然试题面目年年新,但都是源于课本的加工和深化,可以说是常考常新、丰富多彩,这些试题有利于指导中学物理实验教学.我們要重视对学生的基本实验操作能力的培养,重视学生对实验目的、原理和方法的理解.
(责任编辑 易志毅)
一、对物理基础知识的考查
高考试题无论考查什么能力都必须以相应的基础知识为载体,这就是高考的基础性.前苏联教育家布鲁姆曾说过“学生学的知识越基础,该知识对新问题的适应性就越广,迁移能力就越强”.学好物理,重在理解悟出其中的“哲理”,切实提高对基础知识的理解能力.它也是学生分析综合能力、推理能力的基础.2009年高考理综试卷有相当数量的试题是着重考核考生的理解能力,即考查考生是否理解物理概念和物理规律的确切含义.要求学生能用自己的语言和观点来理解公式和规律,养成严谨认真的科学素质.
【例1】 一列简谐横波在某一时刻的波形图如图1所示,图中P、Q两质点的横坐标分别为x=1.5m和x=4.5m.P点的振动图像如图2所示.
图1图2
在下列四幅图中,Q点的振动图像可能是
A.B.
C.D.
解析:此题考查学生对波形图规律的理解.由波动图像可知Q质点和P质点平衡位置相隔3m,故振动相差34T,由于不知波的传播方向,故不知两点的振动先后,尽管从P的振动图像能判断0时刻P的振动方向沿+y方向.故Q的振动可能超前P34T,也可能滞后34T,
故B、C选项均正确.
二、对基本物理过程分析能力的考查
在中学阶段所涉及的物理过程很多,我们要重视对基本物理过程的分析,因为每一种特定的物理过程都有自己特色的解题方法.在高中物理中,力学部分涉及到的基本过程有匀速直线运动、匀变速直线运动、平抛运动、圆周运动、简谐运动等.其中平抛运动是运用运动的独立性原理,利用分解的方法进行求解的;而圆周运动是通过受力分析,求出向心力,列出“供需平衡”的方程F=mv2r,不同的运动形式有不同的解题方法.
除了这些物理过程外还有两类重要的过程,一是碰撞过程,二是先变加速最终匀速运动的过程(如恒定功率汽车的起动问题).碰撞过程是一个短暂的瞬间过程,平常我們称之为“咔嚓”过程,在这个瞬间的过程中只有直接相互碰撞的物体之间才会发生力、速度、加速度的变化,在利用动量守恒定律解题时一定要注意分析是短暂作用过程还是持续作用过程,短暂的作用过程往往有大量的机械能损失.
图3
【例2】 如图3,在宽度分别为l1和l2的两个毗邻的条形区域分别有匀强磁场和匀强电场,磁场方向垂直于纸面向里,电场方向与电、磁场分界线平行向右.一带正电荷的粒子以速率v从磁场区域上边界的P点斜射入磁场,然后以垂直于电、磁场分界线的方向进入电场,最后从电场边界上的Q点射出.已知PQ垂直于电场方向,粒子轨迹与电、磁场分界线的交点到PQ的距离为d.不计重力,求电场强度与磁感应强度大小之比及粒子在磁场与电场中运动时间之比.
解析:本题考查带电粒子在场中的运动,属于“过程型”综合题.对于“过程型”综合题,我们可按照物理事件发生的时间顺序,对物理过程按程序进行分析,将复杂的物理过程分解为几个简单的子过程,重在“过程”的剖析.在这个具体情景中,带电粒子先在磁场中做匀速圆周运动,进入电场后做平抛运动,是圆周运动与类平抛运动两个基本过程相链接的综合题.具体解法如下:
图4
粒子在磁场中做匀速圆周运动,如图4所示.由于粒子在分界线处的速度与分界线垂直,圆心O应在分界线上,OP长度即为粒子运动的圆弧的半径R.由几何关系得
R2=l21+(R-d)2.
设粒子的质量和所带正电荷分别为m和q,由洛仑兹力公式和牛顿第二定律得
qvB=mv2R.
设P′为虚线与分界线的交点,∠POP′=α,粒子在磁场中的运动时间为
t1=Rαv,式中有sinα=l1R.
粒子进入电场后做类平抛运动,其初速度为v,方向垂直于电场.粒子的加速度大小为a,由牛顿第二定律得qE=ma.
由运动学公式有d=12at22,l2=vt2.
解得电场强度与磁感应强度大小之比EB=l21+d2l22v.
粒子在磁场与电场中运动时间之比t1t2=l21+d22dl2arcsin(2dl1l21+d2).
三、基础知识的类比、迁移能的考查
几乎每年都要考查万有引力定律与天体运动的知识,要求考生能运用类比和迁移的方法解答不同天体之之间的运动问题.如浙江卷的第19题考查万有引力定律知识,选择的是以潮汐现象为载体,与自然天文现象相结合试题,这些题目需要在掌握原有物理知识的基础上进行类比与迁移.
【例3】 在讨论地球潮汐成因时,地球绕太阳运行轨道与月球绕地球运行轨道可视为圆轨道.已知太阳质量约为月球质量的2.7×107倍,地球绕太阳运行的轨道半径约为月球绕地球运行的轨道半径的400倍.关于太阳和月球对地球上相同质量海水的引力,以下说法正确的是().
A.太阳引力远大于月球引力
B.太阳引力与月球引力相差不大
C.月球对不同区域海水的吸引力大小相等
D.月球对不同区域海水的吸引力大小有差异
解析:根据万有引力定律F=GMmR2,可得F太阳F月=M太阳M月•R2月R2太阳代入数据可知,太阳的引力远大于月球的引力;由于月心到不同区域海水的距离不同,所以引力大小有差异.因此本题的正确选项为A、D.
四、对应用数学知识处理物理问题能力的考查
物理学是一门精确科学,与数学有密切的关系.所以熟练运用数学知识处理物理问题,是进入高校深造的考生必须具有的能力.离开了数学物理就寸步难行!运用数学的能力指的是考生是否能根据问题列出物理量的关系式,进行推导和求解,并根据结果得出物理结论;是否能运用几何图形、函数图像进行表述、分析和处理问题.
图5
【例4】 如图5所示,在x轴下方有匀强磁场,磁感应强度大小为B,方向垂直于xy平面向外.P是y轴上距原点为h的一点,No为x轴上距原点为a的一点.A是一块平行于x轴的挡板,与x轴的距离为h2,A的中点在y轴上,长度略小于a2.带电粒子与挡板碰撞前后,x方向的分速度不变,y方向的分速度反向、大小不变.质量为m,电荷量为q(q>0)的粒子从P点瞄准No点入射,最后又通过P点.不计重力,求粒子入射速度的所有可能值.
解析:在这个题目的物理情景中,考生要有很强的空间想像能力,规范地作出数学几何关系图,将数学知识很好地运用到具体的物理规律中.在这里要特别强调规范作图的重要性,图画清楚了,几何关系也就一目了然,再难的题目也就迎刃而解了.具体解法如下:
设粒子的入射速度为v,第一次射出磁场的点为No′,与板碰撞后再次进入磁场的位置为N1.粒子在磁场中运动的半径为R,有:
R=mvqB
粒子速率不变,每次进入磁场与射出磁场位置间距离x1,保持不变,其运动的几何图如图6所示,θ角为PNo与x轴的夹角,由图可知
x1=N′oNo=2Rsinθ.
图6
粒子射出磁场与下一次进入磁场位置间的距离x2始终不变,由图6可知:
x2=a.
设粒子最终离开磁场时,与挡板相碰n次(n=0,1,2……).若粒子能回到P点,由对称性,出射点的x坐标应为-a,即;
(n+1)x1-nx2=2a
解得:x1=n+2n+1a.
若粒子与挡板能发生碰撞,则有:
x1-x2>14a.
解得n<3.
联立方程解得:
v=qB2msinθ•n+2n+1a,式中sinθ=ha2+h2.
粒子入射速度的所有可能值为:
v0=qBaa2+h2mh,n=0,
v0=3qBaa2+h24mh,n=1,
v0=2qBaa2+h23mh,n=2.
五、对设计和完成实验能力的考查
实验是理科发展的最重要动力之一,实验也是培养学生创新意识和实践能力的重要方式.2009年理综卷物理实验题源于教材而又有一定的创新,如浙江理综卷第22题的第2小题,考查的是单摆,但是它用激光和光敏电阻替代秒表计时,具有现代科技气息.从恢复高考到现在的20余年中,我们可以清楚地看到实验考查的要求在提高.这里所讲的提高,主要并不是难度的提高,而是实验涉及面的扩大,是对思维广阔性、敏捷性要求的提高,是对动手进行实验操作、掌握实验基本技能的要求提高,也是对实验技能在实际应用中的要求提高.例如,从最初的课本实验强调实验的安全性开始,转变为对成套实验装置的操作,再进一步发展到对可能的几套实验方案中选择最佳方案(评价),后又发展到用常规实验仪器进行创新使用,到最近两三年已拓展到对学生课外活动的研究和指导、评价.
图7
【例5】 在“探究单摆周期与摆长的关系”实验中,若摆球在垂直纸面的平面内摆动,为了将人工记录振动次数改为自动记录振动次数,在摆球运动最低点的左、右两侧分别放置一激光光源、
光敏电阻,并与某一自动记录仪相连,如图7所示.该仪器显示的光敏电阻阻值R随时间t变化图线如图8所示,则该单摆的振动周期为.若保持悬点到小球顶点的绳长不变,改用直径是原小球直径2倍的另一小球进行实验,则该单摆的周期将填“变大”、“不变”或“变小”).
解析:此题体现了新课程的教学要求,具有新时代的气息.探究单摆周期与摆长的关系的实验中,一般都是用古典的秒表,利用累积法进行计时实验的.而在此题的物理情景中出现了与光敏电阻相连接的传感器问题,是一种现代科技化的自动记录仪器.光敏电阻受到光照时,电阻变小,当单摆下摆时可将激光遮挡,这时光敏电阻增大,也就是图线中的凸起部分.单摆1个周期遮光两次,所以周期为2t0;单摆周期与小球质量、大小无关,但若改用直径变为原小球直径的2倍,摆长变大,周期变大,球变大,激光被档的时间也变长,所以遮光时间Δt也变大.因此,本题的正确答案为“2t0、变大”.
图8
纵观近几年的高考物理实验题,虽然试题面目年年新,但都是源于课本的加工和深化,可以说是常考常新、丰富多彩,这些试题有利于指导中学物理实验教学.我們要重视对学生的基本实验操作能力的培养,重视学生对实验目的、原理和方法的理解.
(责任编辑 易志毅)