2011年高考物理试题有哪些创新?

滕保丽

(江苏省丰县民族中学,江苏丰县 221700)

2011年高考,物理单科试卷共3套,分别是江苏省物理卷,上海市物理卷,海南省物理卷;理综物理部分有11套,其中课程标准试卷8套,大纲卷3套,共14套.本文就谈谈物理单科试卷的试题创新.

1 推陈出新

例1.(上海物理卷第10题)两波源在水槽中形成的波形如图1所示,其中实线表示波峰,虚线表示波谷,则

(A)在两波相遇的区域中会产生干涉.

(B)在两波相遇的区域中不会产生干涉.

(C)a点的振动始终加强.

(D)a点的振动始终减弱.

图1

解析:从图中看出,两列波的波长不同,由同一介质中波速相等,根据 v=λ f,所以频率不同,所以在两波相遇的区域中不会产生干涉,(B)正确;因为不能干涉,所以虽然此时刻点的振动加强,但不能始终加强,当然也不能始终减弱.所以本题选(B).

点评:本题考查波的相干条件及振动的叠加,难度中等.本题创新在于以前的题目,都是画的波长相同的图,考的都是干涉,本题考的是不干涉,画的是波长不相等的图,特别是(C)选项,容易误选.

例2.(上海物理卷第12题)如图2所示电路中,闭合电键S,当滑动变阻器的滑动触头P从最高端向下滑动时,

(A)电压表V读数先变大后变小,电流表A读数变大.

(B)电压表V读数先变小后变大,电流表A读数变小.

(C)电压表 V读数先变大后变小,电流表A读数先变小后变大.

(D)电压表V读数先变小后变大,电流表A读数先变大后变小.

解析:设滑动变阻器触点以上的电阻为 R上,触点以下的电阻为 R下.因为滑动变阻器的有效电阻除最初和最终为零外,是 R上和R下并联的结果

图2

二者之和一定,二者相等时积最大,所以当触点在中间时电阻最大,根据全电路欧姆定律

所以当触点在中间时电流最小,电压表V读数为电源的路端电压,U=E-Ir,所以当触点在中间时路端电压最大,所以电压表 V读数先变大后变小,所以本题选(A)或(C).

再算电流表A读数即 R下的电流I,根据电阻并联分流公式

联立以上3式,解得

变化为

当滑动变阻器的滑动触头P从最高端向下滑动时,R上一直变大而R下一直变小,从上式可以看出,电流表 A读数I一直变大,所以本题选(A).

点评:本题考查全电路欧姆定律、滑动变阻器、电路分析、并联分流等,难度较大.此题图也是似曾相识,仔细一看,与往日不同了.电路分析和电压表电流表读数随滑动变阻器触点移动而变化的题目是传统题目,但此题推陈出新,有新意,用新方法,一是应用数学知识:二者和不变,相等时积最大,二是应用数学方法,把最后的I式子变化为最后一式,目的是减少变化量.

2 设问创新

例3.(海南物理卷第10题)空间存在方向垂直于纸面向里的匀强磁场,图3中的正方形为其边界.一细束由两种粒子组成的粒子流沿垂直于磁场的方向从O点入射.这两种粒子带同种电荷,它们的电荷量、质量均不同,但其比荷相同,且都包含不同速率的粒子.不计重力.下列说法正确的是

(A)入射速度不同的粒子在磁场中的运动时间一定不同.

(B)入射速度相同的粒子在磁场中的运动轨迹一定相同.

(C)在磁场中运动时间相同的粒子,其运动轨迹一定相同.

(D)在磁场中运动时间越长的粒子,其轨迹所对的圆心角一定越大.

图3

点评:本题考查带电粒子在磁场中的运动,包括半径、圆心、轨迹、时间等是高考的热点、重点和难点.本题出新不在情景,不在图像,情景和图像司空见惯,出新在设问,在四个“一定”上.

例4.(2011年上海物理卷第20题)如图4,磁场垂直于纸面,磁感应强度在竖直方向均匀分布,水平方向非均匀分布.一铜制圆环用丝线悬挂于 O点,将圆环拉至位置a后无初速释放,在圆环从a摆向b的过程中

(A)感应电流方向先逆时针后顺时针再逆时针.

(B)感应电流方向一直是逆时针.

(C)安培力方向始终与速度方向相反.

(D)安培力方向始终沿水平方向.

图4

解析:分2组研究,先看感应电流方向,根据法拉第电磁感应定律,铜制圆环内磁通量先向里并增大,铜制圆环感应电流的磁场向外,感应电流为逆时针;铜制圆环越过最低点过程中,铜制圆环内磁通量向里的减小,向外的增大,所以铜制圆环感应电流的磁场向里,感应电流为顺时针;越过最低点以后,铜制圆环内磁通量向外并减小,所以铜制圆环感应电流的磁场向外,感应电流为逆时针,所以(A)、(B)两者中选(A).再看安培力方向,根据左手定则,铜制圆环所受安培力因为左右不等,合力方向始终沿水平方向,(C)、(D)两者中选(D).所以本题选(A)(D).

点评:本题考查法拉第电磁感应定律,安培力左手定则,力的合成等,难度:难.注意研究铜制圆环在越过最低点过程中这一环节,如果丢掉这一环节,(A)、(B)2者中就会错选(B).这个题出得好.好在:(1)在判断感应电流方向时要注意线圈跨越两磁场的过程,否则容易误选(B);(2)在判断安培力方向时要注意求合力,求合力时要注意磁场强度不同因而安培力不同,否则容易误选(C).

3 内容创新

例5.(2011年江苏物理卷第5题)如图5所示,水平面内有一平行金属导轨,导轨光滑且电阻不计.匀强磁场与导轨平面垂直.阻值为R的导体棒垂直于导轨静止放置,且与导轨接触良好.t=0时,将开关S由1掷到2.q、i、v和a分别表示电容器所带的电荷量、棒中的电流、棒的速度和加速度.图6中正确的是

图5

图6

解析:将开关S由1掷到2时,电容器开始放电,开始时刻(E为电动势,R为导体棒的电阻),电流最大,因安培力作用,导体棒产生加速度,速度增大,感应电动势增大,根据随电容器电压降低和感应电动势增大而电流减小,所以(B)错误;因电流减小而安培力减小,加速度减小,所以导体棒做加速度逐渐减小的非匀加速运动,直到感应电动势与电容器电压相等时,导体棒中电流为0,则安培力为0,加速度为0,之后速度不变,所以(D)正确而(C)错误.而电流为0时,电容器电压不为0,所以电容器电量不为0,所以(A)错误.本题选(D).

进一步研究,正确的图像应该是怎样的呢?如图7

图7

点评:本题考查电容器放电及电磁感应和安培力及加速度、速度等.把电容器放电过程与导体棒在磁场中运动过程联系起来,高考题中第1次出现,是创新.难度较大.

关于电容器的充电和放电,以前只有通过导线或电阻放电,只考电流图像并从电流图像求电量,本题考到通过磁场中的导体棒放电,并且考到导体棒的速度和加速度,关于磁场中的导轨和导体棒,以前只有和电阻或电池连接,本题与电容器连接,并且考电容器的放电过程,此谓创新.

4 内容和方法皆创新

例6.(2011年上海物理卷第33题)如图8(a),磁铁A、B的同名磁极相对放置,置于水平气垫导轨上.A固定于导轨左端,B的质量m=0.5 kg,可在导轨上无摩擦滑动.将B在A附近某一位置由静止释放,由于能量守恒,可通过测量B在不同位置处的速度,得到B的势能随位置x的变化规律,见图8(c)中曲线Ⅰ.若将导轨右端抬高,使其与水平面成一定角度[如图(b)],则B的总势能曲线如图8(c)中Ⅱ所示,将B在x=20.0 cm处由静止释放,求:(解答时必须写出必要的推断说明.取g=9.8 m/s2)

(1)B在运动过程中动能最大的位置.

(2)运动过程中B的最大速度和最大位移.

(3)图8(c)中直线Ⅲ为曲线Ⅱ的渐近线,求导轨的倾角.

(4)若 A、B异名磁极相对放置,导轨的倾角不变,在图8(c)上画出B的总势能随x的变化曲线.

图8

答案:(1)势能最小处动能最大,由图线Ⅱ得 x=6.1 cm.

(2)由图读得释放处势能Ep=0.90 J,此即B的总能量.由于运动中总能量守恒,因此在势能最小处动能最大,由图像得最小势能为0.47 J,则最大动能为 Ekm=(0.9-0.47)J=0.43 J.

x=20.0 cm处的总能量为0.90 J,最大位移由 E=0.90 J的水平直线与曲线Ⅱ的左侧交点确定,由图中读出交点位置为 x=2.0 cm,因此,最大位移

(3)渐近线Ⅲ表示B的重力势能随位置变化关系,即Epg=mgxsinθ=kx,所以

(4)若异名磁极相对放置,A、B间相互作用势能为负值,总势能如图9.

解读:(1)为什么由图读得释放处势能Ep=0.90 J,此即B的总能量.因题意是“将B在x=20.0 cm处由静止释放”,图线Ⅰ的坐标是(20,0.9),释放处势能 Ep=0.90 J,它包括B的重力势能和A、B两磁极间相互作用的势能(本文简称磁力势能).因为释放处动能为0,所以B的总势能即B的总能量.

图9

(2)为什么根据最低点处的坐标可以求出B在运动过程中动能最大的位置和运动过程中B的最大速度呢?因为B释放后,一方面由于重力做(正)功,重力势能减小,磁力也做(正)功,磁力势能也减小,而总功为正,动能增加,所以在图线Ⅰ的坐标为(6.1,0.49)处势能最小,动能最大,因为该点是图线Ⅰ的最低点,该点的横坐标表示动能最大的位置,纵坐标表示势能最小的数值,总能量减去最小势能等于最大动能,据最大动能可求最大速度.

(3)为什么最大位移由E=0.90 J的水平直线与曲线Ⅱ的左侧交点确定呢?因为此交点(坐标为(2.0,0.90))表示B的总势能为0.90 J,即等于释放时的总能量,根据总能量守恒,也等于此位置的总能量,既然总能量等于总势能,所以动能为0,此处是B沿斜面运动的最远处,最大位移为Δx=(20.0-2.0)cm=18.0 cm.

(4)为什么本题是将B在x=20.0 cm处由静止释放,而在图线Ⅱ中在x＞20 cm处还有图线呢?

(5)为什么本题 x=2.0 cm是 B沿斜面运动的最远处,而在图线Ⅱ中在 x＜2.0 cm处还有图线呢?

以上两个问题是笔者在辅导时学生提出的.因为图线是根据这样做出的:将B在A附近某一位置由静止释放,由于能量守恒,可通过测量B在不同位置处的速度,得到B的势能随位置x的变化规律,见曲线Ⅰ.所谓附近,就是接近于0,这样,最远处就大于 20 cm.

(6)为什么渐近线Ⅲ表示B的重力势能随位置变化关系?所谓渐近线,就是曲线Ⅱ的趋势线,即当x→∞时曲线Ⅱ趋向于渐近线Ⅲ,所谓 x→∞物理意义是磁场小到可忽略不计的位置,此时总势能可以认为只有重力势能而没有磁力势能.渐近线Ⅲ表示B的重力势能随位置变化关系.

(7)为什么若异名磁极相对放置,A、B间相互作用势能为负值?因为异名磁极相互吸引,所以释放B后,B向A运动,引力做正功,势能减小,无穷远处势能为 0,减小后自然为负.

(8)为什么第(4)问的图像是关于图线Ⅲ与图线Ⅱ对称的曲线?因为图线Ⅲ表示重力势能,图线Ⅱ表示重力势能与磁磁力势能的和,那么,表示重力势能与磁极相互作用势能的差的图线就是这条线了,例如在 x=20 cm处,重力势能EpG=0.8J,重力势能与磁力势能的和 EpG+EpC=0.9 J,所以重力势能与磁力势能的差EpG-EpC=0.7 J;再如,在 x=6 cm处,重力势能EpG=0.25J,重力势能与磁力势能的和EpG+EpC=0.47 J,所以重力势能与磁力势能的差EpG-EpC=0.03 J.所以总势能如图中所示.

点评:本题是一道具有创新意义的高考题,创新之处在于:①本题考查包括重力势能、磁极相互作用势能(本文简称磁力势能)和动能在内的能量守恒,其中,总势能包括重力势能和磁力势能,其中磁力势能在高考题中没有出现过.②关于渐近线(某曲线的渐近线是该曲线的趋势线),以及对本题来说,渐近线是重力势能线.渐近线在物理高考试题中也没有出现过,所以也是创新.