2023 年高考湖南卷物理试题，挖呀挖呀挖

■湖南省汨罗市一中 蒋 纬

一、在生活情境的考题里,挖呀挖呀挖

情境类试题以其立意新颖、构思巧妙、可读性强、密切联系生活实际,而被命题专家所青睐;以其涉及知识理解、过程解读、模型转化、方法处理、情感及价值的全方位考查,而成为高考命题的热点。

例1(第13题)汽车刹车助力装置能有效为驾驶员刹车省力,如图1所示,刹车助力装置可简化为助力气室和抽气气室等部分构成,连杆AB与助力活塞固定为一体,驾驶员踩刹车时,在连杆AB上施加水平推力推动液压泵实现刹车。助力气室与抽气气室用细管连接,通过抽气降低助力气室压强,利用大气压与助力气室的压强差实现刹车助力。每次抽气时,阀门K1打开,K2闭合,抽气活塞在外力作用下从抽气气室最下端向上运动,助力气室中的气体充满抽气气室,达到两气室压强相等,然后阀门K1闭合,K2打开,抽气活塞向下运动,抽气气室中的全部气体从阀门K2排出,完成一次抽气过程。已知助力气室容积为V0,初始压强等于外界大气压强p0,助力活塞横截面积为S,抽气气室的容积为V1。假设抽气过程中,助力活塞保持不动,气体可视为理想气体,温度保持不变。

(1)求第1 次抽气之后助力气室内的压强p1。

(2)第n次抽气之后,求该刹车助力装置为驾驶员省力的大小ΔF。

解析:抛开“汽车刹车助力装置”这一陌生的信息,通过相似性联系,抓住主要信息进行比较和分析,即可找到解题的正确方法。(1)问与我们平时训练中遇到的抽气问题类似,(2)问与我们平时训练中遇到的活塞受力平衡问题类似。

(1)以助力气室内的气体为研究对象,其初态压强为p0,体积为V0,第1次抽气之后,气体体积V=V0+V1,根据玻意耳定律得p0V0=p1V,解得。

(2)第2次抽气之后有p1V0=p2V,解得。以此类推,第n次抽气之后助力气室内的气体压强。对助力活塞进行受力分析,根据平衡条件可得,初态下有F0=p0S,第n次抽气之后有Fn=pnS,则刹车助力装置为驾驶员省力的大小ΔF=F0-Fn,解得。

深挖感悟:实际上,很多情境类试题并不是很难,而是考生被新的信息所吓住,以至思维被钳制,思路混乱。在生活情境的考题里,挖呀挖呀挖,通过相似联系和比较,将陌生信息转化为熟悉的物理模型,就能合理解决它。

二、在物理模型的构建里,挖呀挖呀挖

物理模型是在研究和解决物理问题时,舍弃次要因素,抓住主要因素而建立的概念模型。构建物理模型是求解信息类试题的重要环节。

例2(第6题)如图2所示,真空中有区域Ⅰ和Ⅱ,区域Ⅰ中存在匀强电场和匀强磁场,电场方向竖直向下(与纸面平行),磁场方向垂直于纸面向里,等腰直角三角形CGF区域(区域Ⅱ)内存在匀强磁场,磁场方向垂直于纸面向外。图中A、C、O三点在同一直线上,AO与GF垂直,且与电场和磁场的方向均垂直。A点处的粒子源持续将比荷一定但速率不同的粒子射入区域Ⅰ中,只有沿直线AC运动的粒子才能进入区域Ⅱ。若区域Ⅰ中电场强度大小为E,磁感应强度大小为B1,区域Ⅱ中磁感应强度大小为B2,则粒子从CF的中点射出,它们在区域Ⅱ中运动的时间为t0。若改变电场或磁场强弱,能进入区域Ⅱ中的粒子在区域Ⅱ中运动的时间为t,不计粒子的重力及粒子之间的相互作用,下列说法中正确的是( )。

A.若仅将区域Ⅰ中磁感应强度大小变为2B1,则t>t0

B.若仅将区域Ⅰ中电场强度大小变为2E,则t>t0

解析:本题中涉及两个物理模型,模型1是速度选择器,则qv0B1=qE,解得;模型2 是带电粒子在有界磁场中的偏转,当粒子的运动轨迹半径r很小时,粒子从CF边射出,当r很大时,粒子从OF边射出。粒子沿直线AC做直线运动,则qv0B1=qE;若区域Ⅱ中磁感应强度大小为B2,粒子从CF的中点射出,则粒子的运动轨迹所对的圆心角为90°,根据,解得。若仅将区域Ⅰ中磁感应强度大小变为2B1,则粒子沿直线AC运动时有qvA·2B1=qE,解得,根据qvB=可知,粒子的运动轨迹半径减小,粒子仍然从CF边射出,粒子的运动轨迹所对的圆心角仍为90°,则t=t0,选项A 错误。若仅将区域Ⅰ中电场强度大小变为2E,则粒子沿直线AC运动时有qvBB1=q·2E,解得vB=2v0,根据可知,粒子的运动轨迹半径变为原来的2倍,则粒子从F点射出,粒子的运动轨迹所对的圆心角仍为90°,则t=t0,选项B 错误。若仅将区域Ⅱ中磁感应强度大小变为,则粒子沿直线AC运动时的速度仍为v0,根据可知,粒子的运动轨迹半径变为原来的,则粒子从OF边射出,画出粒子的运动轨迹如图3所示,根据可知,粒子的运动轨迹所对的圆心角,根据,解得,即,选项C 错误。若仅将区域Ⅱ中磁感应强度大小变为,则粒子沿直线AC运动时的速度仍为v0,根据可知,粒子的运动轨迹半径变为原来的,则粒子从OF边射出,画出粒子的运动轨迹如图4所示,根据可知,粒子的运动轨迹所对的圆心角,根据,解得,即,选项D 正确。

图3

图4

答案:D

深挖感悟:将试题信息转化为物理模型是求解信息类试题的一个必要环节,同学们在平时的习题训练中,要有意识地强化这方面的训练。在物理模型的构建里,挖呀挖呀挖,透过现象看本质,将试题现象抽象为一个个熟悉的物理模型,就能轻松搞定它。

三、在有限的75分钟考试时间里,挖呀挖呀挖

高考物理卷的答题时间是75分钟,而试卷包含10 道选择题、2 道实验题、3 道解答题,要想完成整套试卷的作答,就需要合理分配不同题型的解题时间,比如10道选择题的解题时间尽量控制在30分钟内,2道实验题的解题时间尽量控制在15分钟内,每道解答题的解题时间也不要超过15分钟。

例3(第5题)如图5所示,真空中有三个点电荷固定在同一直线上,电荷量分别为Q1、Q2和Q3,P点和三个点电荷的连线与点电荷所在直线的夹角分别为90°、60°和30°。若P点处的电场强度为零,q>0,则三个点电荷的电荷量可能为( )。

图5

A.Q1=q,,Q3=q

B.Q1=-q,,Q3=-4q

C.Q1=-q,Q3=-q

D.Q1=q,Q3=4q

解法1:(解析法)当三个点电荷均为正或均为负时,根据电场强度的叠加原理可知,P点处的场强不可能为零,选项A、B 错误。对于选项C,设P、Q1间的距离为r,则点电荷Q1、Q3在P点处产生的合场强大小满足关系式,解得。又有点电荷Q2在P点处产生的场强大小,则P点处的场强不可能为零,选项C 错误。对于选项D,设P、Q1间的距离为r,则点电荷Q1、Q3在P点处产生的合场强大小满足关系式,解得。又有点电荷Q2在P点处产生的场强大小,则P点处的场强可能为零,选项D正确。

解法2:(排除法)利用电性符号排除法可知,因P点处的场强为零,Q1和Q3产生的合场强与Q2产生的场强,方向相反,故Q1与Q3同性,与Q2异性,既Q1、Q2、Q3的电性符号为负正负,或正负正,排除选项A、B。利用电荷量大小排除法可知,因P点处的场强为零,Q1和Q3产生的合场强E与Q2产生的场强E',等大反向,又有E1=E3,r1Q1,排除选项C。

答案:D

深挖感悟:高考物理卷的答题时间只有75分钟,考场上需要注意时间管理,不要浪费时间或拖延时间,还要注意答题技巧,如准确审题、理解题意、巧选方法等。在有限的75分钟时间里,挖呀挖呀挖,把握节奏,注重方法,方能下笔如有神助。

规范答题小窍门

答题应有必要过程的叙述、遵循规律的叙述、假设物理量的叙述;一定要用题目中已有的物理量符号表达方程式,否则计算结果容易出现错误,影响步骤分;解题过程中,必要的几何关系即便简单也不能少,否则将会失去步骤分;在时间比较紧张的情况下,要尽量根据题设条件写出必要的方程,力争多得步骤分。