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        讓生活走進物理高考
        ——2012年高考專題研究

        2013-08-17 12:50:00陳憑心
        物理通報 2013年4期
        關鍵詞:拖把夾子球拍

        金 劍 陳憑心

        (靈璧中學 安徽 宿州 234200)

        新的一輪課程改革,對生活與物理課程的關系要求是“注重理論聯(lián)系實際,關注科學、技術和社會的聯(lián)系,注重物理知識在生產(chǎn)、生活等方面的廣泛應用”(高中課標),“物理課程應注重與生產(chǎn)、生活實際及時代、發(fā)展的聯(lián)系”,“有將科學技術應用于日常生活、社會實踐的意識、樂于研究日常用品或新產(chǎn)品中的物理學原理”(初中課標),教學實踐中形成了“讓生活走進物理,讓物理走向社會”的理念.2012年高考物理試題中無論是全國卷,還是省市卷都充分體現(xiàn)了物理與生活的密切聯(lián)系,據(jù)筆者不完全統(tǒng)計,10套試題中,有30多道以生活現(xiàn)象或用具為素材的物理試題,呈現(xiàn)了豐富多彩的生活中的物理,體現(xiàn)了物理就在身邊、物理知識就在生活現(xiàn)象中.

        1 小用具大道理

        生活中的很多小用具,隱含很多物理原理及豐富的物理知識,是很好的物理試題原型,使考生倍感熟悉和親切.如全國新課標卷第16題:木板與墻之間夾住小球,考查了受力分析、平衡條件及動態(tài)變化;第24題:拖把;山東卷第17題:墻壁夾木板;福建卷第20題:水平轉(zhuǎn)臺;江蘇卷第5題:鐵夾夾物塊等.

        【例1】(2012年高考江蘇卷第5題)如圖1所示,一夾子夾住木塊,在力F作用下向上提升.夾子和木塊的質(zhì)量分別為m和M,夾子與木塊兩側(cè)間的最大靜摩擦力均為f.若木塊不滑動,力F的最大值是

        圖1

        解析:本題中的夾子,生活中十分常見,炭夾子,拴垃圾夾子,饃夾子,實驗室鑷子等隨處可見,甚至用手指鑷起物體亦與此相同.以木塊以及夾子為研究對象受力如圖,木塊受摩擦力最大時,拉力向下最大,取系統(tǒng)向上加速度為a,有

        對木塊有

        可解得

        選項A正確.

        【例2】(2012年高考全國新課標卷第24題)拖把是由拖桿和拖把頭構(gòu)成的擦地工具(如圖2).設拖把頭的質(zhì)量為m,拖桿質(zhì)量可以忽略;拖把頭與地板之間的動摩擦因數(shù)為常數(shù)μ,重力加速度為g,某同學用該拖把在水平地板上拖地時,沿拖桿方向推拖把,拖桿與豎直方向的夾角為θ.

        圖2

        (1)若拖把頭在地板上勻速移動,求推拖把的力的大小.

        (2)設能使該拖把在地板上從靜止剛好開始運動的水平推力(推力的水平分量)與此時地板對拖把的正壓力的比值為λ.已知存在一臨界角θ0,若θ≤θ0,則不管沿拖桿方向的推力多大,都不可能使拖把從靜止開始運動.求這一臨界角的正切tanθ0.

        解析:拖把是學生生活中最常用的物品,學生如果帶著物理問題去生活的話,應考慮拖把受力情況,受力圖如圖2所示,拖把勻速移動,合外力為零

        解得

        生活中的拖把,如果拖桿與豎直方向夾角大小為θ,無論用多大的力也不能使拖把運動,在此情況下,滿足條件是Fsinθ≤λN,即可等tanθ0=λ.

        2 家用電器頻繁出現(xiàn)

        無論城市和農(nóng)村,家用電器已普遍使用,對家用電器的原理分析及某些數(shù)據(jù)計算,在2012年高考試題中頻繁出現(xiàn),如新課標卷第17題:家庭調(diào)壓器(自耦變壓器)工作原理;全國大綱卷第19題:電風扇有效值計算;山東卷第18題:火燃氣爐點火;浙江卷第17題:節(jié)能燈;江蘇卷第12題:自燃燈發(fā)光特征,第7題:家用電器保護裝置工作原理;北京卷第15題:電熱器;重慶卷第22題:果汁電池等.

        【例3】(2012年高考浙江卷第17題)功率為10 W的發(fā)光二極管(LED燈)的亮度與功率為60W的白熾燈相當.根據(jù)國家節(jié)能戰(zhàn)略,2016年前普通白熾燈應被淘汰.假設每戶家庭有2只60W的白熾燈,均用10W的LED燈替代.估算出全國一年節(jié)省的電能最接近

        A.8×108kW·h B.8×1010kW·h

        C.8×1011kW·h D.8×1013kW·h

        解析:本題解答要緊扣生活經(jīng)驗,家庭用兩只白熾燈或節(jié)能燈,每天亮燈約6h,全國人口13億約4億戶,即可估算出全國一年白熾燈換為節(jié)能燈可節(jié)能約8.76×1010kW·h,本題滲透著節(jié)能教育、低碳生活的教育.

        【例4】(2012年高考北京卷第23題)摩天大樓中一部直通高層的客運電梯.行程超過百米.電梯的簡化模型如圖3(a)所示.考慮安全、舒適、省時等因索,電梯的加速度a隨時間t變化.已知電梯在t=0時由靜止開始上升,a-t圖像如圖3(b)所示.電梯總質(zhì)量m=2.0×103kg.忽略一切阻力.重力加速度g取10m/s2.求:

        (1)電梯在上升過程中受到的最大拉力F1和最小拉力F2;

        (2)類比是一種常用的研究方法.對于直線運動,教科書中講解了由v-t圖像求位移的方法.請你借鑒此方法,對比加速度和速度的定義,根據(jù)圖3所示a-t圖像,求電梯在第1s內(nèi)的速度改變量Δv1和第2s末的速率v2;

        (3)求電梯以最大速率上升時,拉力做功的功率P;再求在0~11s時間內(nèi),拉力和重力對電梯所做的總功W.

        圖3

        解析:(1)生活中學生經(jīng)常乘電梯,感受電梯的運行,結(jié)合圖像,電梯的最大加速度為a1=1.0 m/s2,對應的最大壓力為F1-mg=ma1,得F1=2.2×104N;而電梯的最小加速度為a2= -1.0 m/s2,對應最小拉力mg-F2=ma2,得F2=1.8×104N.第(2)問,類比v-t圖像,vt為位移,即圖線下方面積;a-t圖像,at為速度,亦為圖線與坐標軸圍成的面積為

        由圖像可知,11~30s內(nèi)速率最大,其值等于0~11s內(nèi)a-t圖線下方面積,vm=10m/s.(3)電梯勻速運行,拉力等于重力

        3 在生活活動中感悟物理

        生活是動態(tài)的,生活中存在著眾多的物理運動,故在物理試題中,有著大量的貼近生活的物理運動,甚至有些是趣味性活動.如大綱卷第26題:山坡上的跳崖運動;安徽卷第22題:彈性小球下落;福建卷第21題:拉船;北京卷第22題:木塊飛離桌面;第17題:人在行駛的木板上向后跳車,第25題:端球比賽;廣東卷第17題:空氣壓縮點火器等.

        【例5】(2012年高考重慶卷第25題)某校舉行托乒乓球跑步比賽,賽道為水平直道,比賽距離為s.比賽時,某同學將球置于球拍中心,以大小為a的加速度從靜止開始做勻加速直線運動,當速度達到v0時,再以v0做勻速直線運動跑至終點.整個過程中球一直保持在球拍中心不動.比賽中,該同學在勻速直線運動階段保持球拍的傾角為θ0,如圖4所示.設球在運動中受到空氣阻力大小與其速度大小成正比,方向與運動方向相反,不計球與球拍之間的摩擦,球的質(zhì)量為m,重力加速度為g.

        (1)求空氣阻力大小與球速大小的比例系數(shù)k;

        (2)求在加速跑階段球拍傾角θ隨速度v變化的關系式;

        (3)整個勻速跑階段,若該同學速度仍為v0,而球拍的傾角比θ0大了β并保持不變,不計球在球拍上的移動引起的空氣阻力變化,為保證到達終點前球不從球拍上距離中心為r的下邊沿掉落,求β應滿足的條件.

        圖4

        4 很多物理模型實際是生活中的原型

        物理模型是物理學的依托,建模能力是學好物理的重要能力之一,實際上我們身邊存在著大量的、典型的物理模型,如斜面、滑梯、傳送帶、圓軌道等等,在2012年高考試題中,山東卷22題為斜面模型,安徽卷第24題為傳送帶模型,浙江卷第18題過山車模型,廣東卷第17題斜面模型等.

        【例6】(2012年高考天津卷第10題)如圖5所示,水平地面上固定有高為h的平臺,臺面上固定有光滑坡道,坡道頂端距臺面高也為h,坡道底端與臺面相切.小球A從坡道頂端由靜止開始滑下,到達水平光滑的臺面后與靜止在臺面上的小球B發(fā)生碰撞,并粘連在一起,共同沿臺面滑行并從臺面邊緣飛出,落地點與飛出點的水平距離恰好為臺高的一半.兩球均可視為質(zhì)點,忽略空氣阻力,重力加速度為g.求:

        (1)小球A剛滑至水平臺面的速度vA;

        (2)A,B兩球的質(zhì)量之比mA∶mB.

        圖5

        解析:物理模型,除了有結(jié)構(gòu)模型外,還有語言模型——物化的語言;規(guī)律模型—— 代表一類規(guī)律,如自由落體,代表所有初速度為零的勻加速直線運動;平拋,代表恒定的合外力與初速度垂直的所有勻變速曲線運動等,本題中光滑坡道,是典型的結(jié)構(gòu)模型,小球自高為h的光滑坡道滑下,機械能守恒

        求得

        A與B碰撞粘在一起,是典型的完全非彈性碰撞模型,mAvA=(mA+mB)v;粘在一起后飛出臺面,是典型的平拋模型,豎直方向

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