2023 年高考湖南卷物理試題，挖呀挖呀挖

■湖南省汨羅市一中 蔣 緯

一、在生活情境的考題里,挖呀挖呀挖

情境類試題以其立意新穎、構(gòu)思巧妙、可讀性強(qiáng)、密切聯(lián)系生活實(shí)際,而被命題專家所青睞;以其涉及知識理解、過程解讀、模型轉(zhuǎn)化、方法處理、情感及價值的全方位考查,而成為高考命題的熱點(diǎn)。

例1(第13題)汽車剎車助力裝置能有效為駕駛員剎車省力,如圖1所示,剎車助力裝置可簡化為助力氣室和抽氣氣室等部分構(gòu)成,連桿AB與助力活塞固定為一體,駕駛員踩剎車時,在連桿AB上施加水平推力推動液壓泵實(shí)現(xiàn)剎車。助力氣室與抽氣氣室用細(xì)管連接,通過抽氣降低助力氣室壓強(qiáng),利用大氣壓與助力氣室的壓強(qiáng)差實(shí)現(xiàn)剎車助力。每次抽氣時,閥門K1打開,K2閉合,抽氣活塞在外力作用下從抽氣氣室最下端向上運(yùn)動,助力氣室中的氣體充滿抽氣氣室,達(dá)到兩氣室壓強(qiáng)相等,然后閥門K1閉合,K2打開,抽氣活塞向下運(yùn)動,抽氣氣室中的全部氣體從閥門K2排出,完成一次抽氣過程。已知助力氣室容積為V0,初始壓強(qiáng)等于外界大氣壓強(qiáng)p0,助力活塞橫截面積為S,抽氣氣室的容積為V1。假設(shè)抽氣過程中,助力活塞保持不動,氣體可視為理想氣體,溫度保持不變。

(1)求第1 次抽氣之后助力氣室內(nèi)的壓強(qiáng)p1。

(2)第n次抽氣之后,求該剎車助力裝置為駕駛員省力的大小ΔF。

解析:拋開“汽車剎車助力裝置”這一陌生的信息,通過相似性聯(lián)系,抓住主要信息進(jìn)行比較和分析,即可找到解題的正確方法。(1)問與我們平時訓(xùn)練中遇到的抽氣問題類似,(2)問與我們平時訓(xùn)練中遇到的活塞受力平衡問題類似。

(1)以助力氣室內(nèi)的氣體為研究對象,其初態(tài)壓強(qiáng)為p0,體積為V0,第1次抽氣之后,氣體體積V=V0+V1,根據(jù)玻意耳定律得p0V0=p1V,解得。

(2)第2次抽氣之后有p1V0=p2V,解得。以此類推,第n次抽氣之后助力氣室內(nèi)的氣體壓強(qiáng)。對助力活塞進(jìn)行受力分析,根據(jù)平衡條件可得,初態(tài)下有F0=p0S,第n次抽氣之后有Fn=pnS,則剎車助力裝置為駕駛員省力的大小ΔF=F0-Fn,解得。

深挖感悟:實(shí)際上,很多情境類試題并不是很難,而是考生被新的信息所嚇住,以至思維被鉗制,思路混亂。在生活情境的考題里,挖呀挖呀挖,通過相似聯(lián)系和比較,將陌生信息轉(zhuǎn)化為熟悉的物理模型,就能合理解決它。

二、在物理模型的構(gòu)建里,挖呀挖呀挖

物理模型是在研究和解決物理問題時,舍棄次要因素,抓住主要因素而建立的概念模型。構(gòu)建物理模型是求解信息類試題的重要環(huán)節(jié)。

例2(第6題)如圖2所示,真空中有區(qū)域Ⅰ和Ⅱ,區(qū)域Ⅰ中存在勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場,電場方向豎直向下(與紙面平行),磁場方向垂直于紙面向里,等腰直角三角形CGF區(qū)域(區(qū)域Ⅱ)內(nèi)存在勻強(qiáng)磁場,磁場方向垂直于紙面向外。圖中A、C、O三點(diǎn)在同一直線上,AO與GF垂直,且與電場和磁場的方向均垂直。A點(diǎn)處的粒子源持續(xù)將比荷一定但速率不同的粒子射入?yún)^(qū)域Ⅰ中,只有沿直線AC運(yùn)動的粒子才能進(jìn)入?yún)^(qū)域Ⅱ。若區(qū)域Ⅰ中電場強(qiáng)度大小為E,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B1,區(qū)域Ⅱ中磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B2,則粒子從CF的中點(diǎn)射出,它們在區(qū)域Ⅱ中運(yùn)動的時間為t0。若改變電場或磁場強(qiáng)弱,能進(jìn)入?yún)^(qū)域Ⅱ中的粒子在區(qū)域Ⅱ中運(yùn)動的時間為t,不計粒子的重力及粒子之間的相互作用,下列說法中正確的是( )。

A.若僅將區(qū)域Ⅰ中磁感應(yīng)強(qiáng)度大小變?yōu)?B1,則t>t0

B.若僅將區(qū)域Ⅰ中電場強(qiáng)度大小變?yōu)?E,則t>t0

解析:本題中涉及兩個物理模型,模型1是速度選擇器,則qv0B1=qE,解得;模型2 是帶電粒子在有界磁場中的偏轉(zhuǎn),當(dāng)粒子的運(yùn)動軌跡半徑r很小時,粒子從CF邊射出,當(dāng)r很大時,粒子從OF邊射出。粒子沿直線AC做直線運(yùn)動,則qv0B1=qE;若區(qū)域Ⅱ中磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B2,粒子從CF的中點(diǎn)射出,則粒子的運(yùn)動軌跡所對的圓心角為90°,根據(jù),解得。若僅將區(qū)域Ⅰ中磁感應(yīng)強(qiáng)度大小變?yōu)?B1,則粒子沿直線AC運(yùn)動時有qvA·2B1=qE,解得,根據(jù)qvB=可知,粒子的運(yùn)動軌跡半徑減小,粒子仍然從CF邊射出,粒子的運(yùn)動軌跡所對的圓心角仍為90°,則t=t0,選項(xiàng)A 錯誤。若僅將區(qū)域Ⅰ中電場強(qiáng)度大小變?yōu)?E,則粒子沿直線AC運(yùn)動時有qvBB1=q·2E,解得vB=2v0,根據(jù)可知,粒子的運(yùn)動軌跡半徑變?yōu)樵瓉淼?倍,則粒子從F點(diǎn)射出,粒子的運(yùn)動軌跡所對的圓心角仍為90°,則t=t0,選項(xiàng)B 錯誤。若僅將區(qū)域Ⅱ中磁感應(yīng)強(qiáng)度大小變?yōu)?則粒子沿直線AC運(yùn)動時的速度仍為v0,根據(jù)可知,粒子的運(yùn)動軌跡半徑變?yōu)樵瓉淼?則粒子從OF邊射出,畫出粒子的運(yùn)動軌跡如圖3所示,根據(jù)可知,粒子的運(yùn)動軌跡所對的圓心角,根據(jù),解得,即,選項(xiàng)C 錯誤。若僅將區(qū)域Ⅱ中磁感應(yīng)強(qiáng)度大小變?yōu)?則粒子沿直線AC運(yùn)動時的速度仍為v0,根據(jù)可知,粒子的運(yùn)動軌跡半徑變?yōu)樵瓉淼?則粒子從OF邊射出,畫出粒子的運(yùn)動軌跡如圖4所示,根據(jù)可知,粒子的運(yùn)動軌跡所對的圓心角,根據(jù),解得,即,選項(xiàng)D 正確。

圖3

圖4

答案:D

深挖感悟:將試題信息轉(zhuǎn)化為物理模型是求解信息類試題的一個必要環(huán)節(jié),同學(xué)們在平時的習(xí)題訓(xùn)練中,要有意識地強(qiáng)化這方面的訓(xùn)練。在物理模型的構(gòu)建里,挖呀挖呀挖,透過現(xiàn)象看本質(zhì),將試題現(xiàn)象抽象為一個個熟悉的物理模型,就能輕松搞定它。

三、在有限的75分鐘考試時間里,挖呀挖呀挖

高考物理卷的答題時間是75分鐘,而試卷包含10 道選擇題、2 道實(shí)驗(yàn)題、3 道解答題,要想完成整套試卷的作答,就需要合理分配不同題型的解題時間,比如10道選擇題的解題時間盡量控制在30分鐘內(nèi),2道實(shí)驗(yàn)題的解題時間盡量控制在15分鐘內(nèi),每道解答題的解題時間也不要超過15分鐘。

例3(第5題)如圖5所示,真空中有三個點(diǎn)電荷固定在同一直線上,電荷量分別為Q1、Q2和Q3,P點(diǎn)和三個點(diǎn)電荷的連線與點(diǎn)電荷所在直線的夾角分別為90°、60°和30°。若P點(diǎn)處的電場強(qiáng)度為零,q>0,則三個點(diǎn)電荷的電荷量可能為( )。

圖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)當(dāng)三個點(diǎn)電荷均為正或均為負(fù)時,根據(jù)電場強(qiáng)度的疊加原理可知,P點(diǎn)處的場強(qiáng)不可能為零,選項(xiàng)A、B 錯誤。對于選項(xiàng)C,設(shè)P、Q1間的距離為r,則點(diǎn)電荷Q1、Q3在P點(diǎn)處產(chǎn)生的合場強(qiáng)大小滿足關(guān)系式,解得。又有點(diǎn)電荷Q2在P點(diǎn)處產(chǎn)生的場強(qiáng)大小,則P點(diǎn)處的場強(qiáng)不可能為零,選項(xiàng)C 錯誤。對于選項(xiàng)D,設(shè)P、Q1間的距離為r,則點(diǎn)電荷Q1、Q3在P點(diǎn)處產(chǎn)生的合場強(qiáng)大小滿足關(guān)系式,解得。又有點(diǎn)電荷Q2在P點(diǎn)處產(chǎn)生的場強(qiáng)大小,則P點(diǎn)處的場強(qiáng)可能為零,選項(xiàng)D正確。

解法2:(排除法)利用電性符號排除法可知,因P點(diǎn)處的場強(qiáng)為零,Q1和Q3產(chǎn)生的合場強(qiáng)與Q2產(chǎn)生的場強(qiáng),方向相反,故Q1與Q3同性,與Q2異性,既Q1、Q2、Q3的電性符號為負(fù)正負(fù),或正負(fù)正,排除選項(xiàng)A、B。利用電荷量大小排除法可知,因P點(diǎn)處的場強(qiáng)為零,Q1和Q3產(chǎn)生的合場強(qiáng)E與Q2產(chǎn)生的場強(qiáng)E',等大反向,又有E1=E3,r1Q1,排除選項(xiàng)C。

答案:D

深挖感悟:高考物理卷的答題時間只有75分鐘,考場上需要注意時間管理,不要浪費(fèi)時間或拖延時間,還要注意答題技巧,如準(zhǔn)確審題、理解題意、巧選方法等。在有限的75分鐘時間里,挖呀挖呀挖,把握節(jié)奏,注重方法,方能下筆如有神助。

規(guī)范答題小竅門

答題應(yīng)有必要過程的敘述、遵循規(guī)律的敘述、假設(shè)物理量的敘述;一定要用題目中已有的物理量符號表達(dá)方程式,否則計算結(jié)果容易出現(xiàn)錯誤,影響步驟分;解題過程中,必要的幾何關(guān)系即便簡單也不能少,否則將會失去步驟分;在時間比較緊張的情況下,要盡量根據(jù)題設(shè)條件寫出必要的方程,力爭多得步驟分。