2011年高考江蘇卷物理第5題的解析與拓展

王鶴新

(江陰市第一中學(xué) 江蘇 無錫 214400)

高考題凝結(jié)了多位專家的智慧與心血，那么如何去解析高考題，拓展高考題，以便更好地把握高考的動向？本文以2011年高考江蘇卷物理第5題為例進(jìn)行了簡單的分析.

【例題】如圖1所示，水平面內(nèi)有一平行金屬導(dǎo)軌，導(dǎo)軌光滑且電阻不計(jì).勻強(qiáng)磁場與導(dǎo)軌平面垂直.阻值為R的導(dǎo)體棒垂直于導(dǎo)軌靜止放置，且與導(dǎo)軌接觸良好.t=0時，將開關(guān)S由1擲到2.q，i，v和a分別表示電容器所帶的電荷量、棒中的電流、棒的速度和加速度.下列圖像中正確的是

圖1

解析：將開關(guān)S由1擲到2，電容器充完電后(電容器兩極板的電壓UC=E)開始放電，即q減小.由

可知UC減小，回路中產(chǎn)生放電電流.導(dǎo)體棒在安培力作用下開始向右加速，即v增加.一旦加速，導(dǎo)體棒就會切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢(上端正，下端負(fù))，在整個回路中起到反串的作用.回路中的電流

開始減小;導(dǎo)體棒的加速度

開始減小.因此導(dǎo)體棒做加速度不斷減小的加速運(yùn)動.當(dāng)導(dǎo)體棒的加速度a=0時，i=0，導(dǎo)體棒產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢Blv與電容器兩極板間的電勢差UC相等, 即

UC=Blv

設(shè)在加速過程中的任一段時間Δt內(nèi)，導(dǎo)體棒的速度變化Δv=aΔt，電容器兩極板上電荷量的減小量Δq=iΔt.對導(dǎo)體棒運(yùn)用牛頓第二定律分析,得

Bil=ma

BΔql=mΔv

B(q1-q2)l=mvm

B(CE-CBlvm)l=mvm

導(dǎo)體棒最終做速度為vm的勻速直線運(yùn)動,選項(xiàng)C錯誤.電容器最終所帶電荷量

選項(xiàng)A錯誤. 回路中電流i逐漸減小,im=0,選項(xiàng)B錯誤. 加速度逐漸減小，選項(xiàng)D正確.因此，正確圖像如圖2所示.

圖2

拓展1:電阻R替換導(dǎo)體棒,如圖3所示.

圖3

拓展2:線圈L替換導(dǎo)體棒,構(gòu)成LC振蕩電路,規(guī)律如圖4.

圖4

圖5

利用同一模型，創(chuàng)設(shè)不同問題情境.

圖6

拓展4:給導(dǎo)體棒一向右的初速度v0(不計(jì)導(dǎo)體棒電阻),如圖6所示.

電容器開始充電，導(dǎo)體棒開始在安培力作用下減速.在減速過程中的任一段時間Δt內(nèi)，導(dǎo)體棒的速度變化Δv=aΔt,電容器兩極板上電荷量的增加量Δq=iΔt.對導(dǎo)體棒運(yùn)用牛頓第二定律分析,得

Bil=ma

BΔql=mΔv

可得

Bql=m(v0-vm)

BCBlvml=m(v0-vm)

各物理隨時間t的變化規(guī)律如圖7所示.

圖7

圖8

拓展5:導(dǎo)體棒由靜止開始受一水平向右的恒力F,如圖8所示.

Δq=CΔU=

CBlΔv=CBlaΔt

對導(dǎo)體棒運(yùn)用牛頓第二定律

F-Bil=ma

式中a為恒量.各物理量隨時間t的變化規(guī)律如圖9所示.

圖9

綜上所述，該類題型涉及了電路分析、各類電路元件的特性以及動力學(xué)問題；涉及電磁感應(yīng)中的切割、反串問題；涉及了各物理量隨時間的變化情況(即圖像問題)以及常用的微元法問題.所以該類題屬于較復(fù)雜的綜合類問題，值得去分析與研究.