应关注物理高考试题中“示意图”的科学内涵

朱建武

(如东县马塘中学,江苏如东 226401)

物理题中的“示意图”,主要用来直观反映物理过程、物理情景及其显性特征,与题中的“文字描述”一起组成“题设条件”的两大部分.显然,高考物理题“示意图”的科学内涵,直接影响着相关问题的科学性和试题的信度,因此不能不引起大家的关注和思考.

1 高考试题“示意图”的科学内涵不宜模糊

题目.(2011年江苏物理高考第8题)一粒子从A点射入电场,从B点射出,电场的等势面和粒子的运动轨迹如图 1所示,图中左侧前3个等势面彼此平行,不计粒子的重力.下列说法正确的有

(A)粒子带负电荷.

(B)粒子的加速度先不变,后变小.

(C)粒子的速度不断增大.

(D)粒子的电势能先减小,后增大.

本题的参考答案选(A)、(B).

评析:此题文字部分明确指出“电场的等势面和粒子的运动轨迹如图1所示”,但是该“示意图”中有两个模糊之处:一是“运动轨迹”模糊,图中左侧前3个等势面处,能看出运动轨迹是直线,且与这3个等势面垂直;而运动轨迹的右半部分,看上去像是“直线”,又像是“有点向下弯曲”[此题参考答案(A)对、(D)错,正是以“轨迹向下弯曲”为条件和理由的],这对考生观察力的要求就偏高了.二是“等势面”内涵模糊,如果该图中的等势面,不是十分明确的所谓“等差等势面”,就不可以仅仅凭“前3个等势面彼此平行”,就确定该区域是“匀强电场”;更不可以凭“图中越往右,等势面越稀疏”便确定电场强度越来越小,也就没理由确定粒子运动过程中所受电场力及加速度是“先不变,后变小”,使参考答案选项(B)没有“科学根据”.

图1

2 高考试题“示意图”的科学内涵不可错误

题目.(2010年江苏物理高考第9题)如图2所示,在匀强磁场中附加另一匀强磁场,附加磁场位于图中阴影区域,附加磁场区域的对称轴 OO′与SS′垂直.a、b、c3个质子先后从S点沿垂直于磁场的方向射入磁场,它们的速度大小相等,b的速度方向与SS′垂直,a、c的速度方向与b的速度方向间的夹角分别为α、β,且 α＞β.3个质子经过附加磁场区域后能到达同一点 S′,则下列说法中正确的有

(A)3个质子从 S运动到S′的时间相等.

(B)3个质子在附加磁场以外区域运动时,运动轨迹的圆心均在 OO′轴上.

(C)若撤去附加磁场,a到达SS′连线上的位置距S点最近.

(D)附加磁场方向与原磁场方向相同.

本题的参考答案选(C)、(D).

评析:根据原题中的文字描述“3个质子先后从 S点沿垂直于磁场的方向射入磁场,它们的速度大小相等,b的速度方向与SS′垂直,a、c的速度方向与b的速度方向间的夹角分别为α、β,且 a＞β”,假设没有“附加另一匀强磁场”,这3个质子的轨迹应该如图 3所示.此“示意图”具有3个内涵特征:(1)3个轨迹圆的半径相同(Bqv=mr=;(2)3个轨迹圆与 SS′连线的交点,距离 S点是a最近、b最远、c居中;(3)3个轨迹圆的圆心,只有 b的圆心在OO′直线上,a的圆心在O′点左下方,c的圆心在O′点左上方.根据特征(2)确定选项(C)正确,根据特征(3),确定选项(B)错误.

图2

图3

现在附加上原“示意图”所示的“附加磁场(图2中阴影区域,其对称轴 OO′与SS′垂直)”,质子出了“阴影区域”后,再经过原磁场“能到达同一点 S′”.那么,请允许对原“示意图”的科学内涵提出以下质疑:3个轨迹圆,如果是没有“附加磁场”时的情况,那么3个轨迹都经过 S′,这与前述“特征(2)”相矛盾.如果是有“附加磁场”时的情况,每个轨迹的3个阶段(进“附加磁场”之前、之中、之后)一直在“如图所示”的同一个圆上吗?显然,无论什么情况,原“示意图”的“示意”都是错误的.在此“示意图”的引导下,考生会“因错而对”,由图形看出 a、b、c3个轨迹的长度是不同的,而质子的运动速率相同,所以从S运动到S'所用时间不等,(A)选项错误.考生也会“因错而错”,由图形看出 a、b、c3个轨迹圆的“圆心均在轴上”,误认为(B)选项正确.当然,考生因为此“图”之错,要确认只有(C)、(D)选项是正确的,这就难乎其难了.

为了能纠正上述“示意图”的内涵之错,笔者建议:3个质子进“附加磁场”之前的轨迹圆,必须“悄悄地”符合正确的“3个内涵特征”;而进入“附加磁场”之中、尔后的轨迹不必画出.诚然,这部分轨迹的正确示意图,要画出也太难,进而要分析和确认(A)选项错误、(D)选项正确,真要下一番功夫.

综上所述,物理高考试题“示意图”的科学内涵,既不宜模糊不清,更不能公然失误,以保证高考题具有无可争辩的科学性、权威性.