浙江 劉銀奎 河北 李紅波 湖南 楊宗禮

【真題展示1】(2022·浙江卷·21)艦載機(jī)電磁彈射是現(xiàn)代航母最先進(jìn)的彈射技術(shù),我國在這一領(lǐng)域已達(dá)到世界先進(jìn)水平。某興趣小組開展電磁彈射系統(tǒng)的設(shè)計研究,如圖1所示,用于推動模型飛機(jī)的動子(圖中未畫出)與線圈絕緣并固定,線圈帶動動子,可在水平導(dǎo)軌上無摩擦滑動。線圈位于導(dǎo)軌間的輻向磁場中,其所在處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B。開關(guān)S與1接通,恒流源與線圈連接,動子從靜止開始推動飛機(jī)加速,飛機(jī)達(dá)到起飛速度時與動子脫離;此時S擲向2接通定值電阻R0,同時施加回撤力F,在F和磁場力作用下,動子恰好返回初始位置停下。若動子從靜止開始至返回過程的v-t圖如圖2所示,在t1至t3時間內(nèi)F＝(800－10v)N,t3時撤去F。已知起飛速度v1＝80m/s,t1＝1.5s,線圈匝數(shù)n＝100匝,每匝周長l＝1m,動子和線圈的總質(zhì)量m＝5kg,飛機(jī)質(zhì)量M＝10kg,R0＝9.5Ω,B＝0.1T,不計空氣阻力和飛機(jī)起飛對動子運(yùn)動速度的影響,求:

圖1

圖2

(1)恒流源的電流I;

(2)線圈電阻R;

(3)時刻t3。

【創(chuàng)新點(diǎn)說明】選取我國航母電磁彈射技術(shù)的發(fā)展作為試題情境,情境新穎、科技感強(qiáng),促進(jìn)學(xué)生對科學(xué)、技術(shù)、社會、環(huán)境之間關(guān)系的理解。用較為少見的輻向(徑向)磁場代替常見的平行方向磁場,用新穎的立體問題代替常見的平面問題,并結(jié)合v-t圖像,綜合考查安培力和其他力共同作用下的運(yùn)動規(guī)律、電磁感應(yīng)以及動量定理等核心知識。

【變式】(多選)電磁阻尼器具有噪聲小、可靠性高等優(yōu)點(diǎn),在電磁制動領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。如圖3 所示為某一種電磁阻尼器的示意圖(縱截面),圓筒狀的S磁極與圓柱狀的N 磁極產(chǎn)生輻向磁場,其俯視圖如圖4所示?，F(xiàn)有一圓形線圈以初速v0從阻尼器上端的開口處進(jìn)入,線圈進(jìn)入輻向磁場后立即做減速運(yùn)動,線圈平面在下落過程中始終保持水平且不與磁極相接觸,已知線圈直徑為D,匝數(shù)為n,線圈由密度為d、電阻率為ρ、橫截面為s0的細(xì)金屬絲繞制而成,線圈所在位置的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B,當(dāng)線圈在磁場內(nèi)下落高度為h時,速度減小到最小值vmin(未知),設(shè)磁場區(qū)域在豎直方向足夠長,重力加速度為g,不計空氣阻力和其他一切摩擦阻力。下列說法中正確是 ( )

A.線圈在下落過程中產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向?yàn)槟鏁r針(俯視)

C.線圈在下落h的過程中,通過的總電荷量

【答案】BC

【變式說明】本題選取永磁體式電磁阻尼器作為試題情境,考查學(xué)生對圓形線圈在輻向磁場中切割磁感線而產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象的理解,考查牛頓運(yùn)動定律、電磁阻尼、電阻定律、右手定則、動生電動勢的計算、閉合電路歐姆定律、感應(yīng)電荷量的計算等。本題注重對物理觀念與科學(xué)思維的考查,試題綜合性較強(qiáng)、涉及的知識與規(guī)律較多,同時對模型建構(gòu)能力也有較高要求,學(xué)生需要建立導(dǎo)體棒切割磁感線模型、閉合電路模型、變加速運(yùn)動模型、導(dǎo)體電阻計算模型;同時也需運(yùn)用平均電流計算電量、平均速度計算位移的思維方法。本題以生活情境為命題素材,體現(xiàn)了?中國高考評價體系?中提出的“價值引領(lǐng)、素養(yǎng)導(dǎo)向、能力為重、知識為基”的高考評價理念,充分體現(xiàn)了對學(xué)生關(guān)鍵能力的重視和學(xué)科核心素養(yǎng)的考查。

【真題展示2】(2022·山東卷·11)如圖5所示,某同學(xué)將離地1.25m 的網(wǎng)球以13m/s的速度斜向上擊出,擊球點(diǎn)到豎直墻壁的距離為4.8m。當(dāng)網(wǎng)球豎直分速度為零時,擊中墻壁上離地高度為8.45m 的P點(diǎn)。網(wǎng)球與墻壁碰撞后,垂直墻面速度分量大小變?yōu)榕銮暗?.75倍。平行墻面的速度分量不變。重力加速度g取10m/s2,網(wǎng)球碰墻后的速度大小v和著地點(diǎn)到墻壁的距離d分別為 ( )

圖5

【創(chuàng)新點(diǎn)說明】試題將一個斜拋運(yùn)動(通過逆向思維可以看做是平拋運(yùn)動)從二維平面轉(zhuǎn)移到了三維空間,通過碰撞將兩個過程有機(jī)地結(jié)合起來,考查了學(xué)生的空間想象能力和立體思維。

【變式】某實(shí)驗(yàn)小組做風(fēng)洞實(shí)驗(yàn),俯視圖如圖6所示,實(shí)線表示一豎直墻壁,風(fēng)力水平向左,他們將一個質(zhì)量為m＝0.3kg的小球以v0＝5m/s的初速度水平拋出,初速度方向與豎直墻壁的夾角θ＝37°,已知重力加速度g取10m/s2,小球受到的水平風(fēng)力大小恒為2N,風(fēng)洞空間足夠大,小球運(yùn)動過程中沒有與風(fēng)洞壁碰撞。下列說法中正確的是 ( )

圖6

A.小球做變加速曲線運(yùn)動

C.當(dāng)小球在虛線右側(cè)運(yùn)動的過程中離虛線所在豎直面最遠(yuǎn)時小球的位移為

D.當(dāng)小球到達(dá)虛線正下方時小球的速率為13m/s

【答案】CD

【變式說明】本題以小球在風(fēng)洞中的運(yùn)動為情境,將牛頓運(yùn)動定律、勻變速直線運(yùn)動、運(yùn)動的合成與分解等內(nèi)容融于一體,考查了學(xué)生的理解能力、分析綜合能力、推理能力;解決此題需要學(xué)生能夠在頭腦中建立立體情境,考查了學(xué)生的空間想象力和對三維坐標(biāo)系的靈活運(yùn)用。

【真題展示3】(2022·山東卷·15)某些魚類通過調(diào)節(jié)體內(nèi)魚鰾的體積實(shí)現(xiàn)浮沉。如圖7 所示,魚鰾結(jié)構(gòu)可簡化為通過閥門相連的A、B兩個密閉氣室,A室壁厚,可認(rèn)為體積恒定,B室壁薄,體積可變;兩室內(nèi)氣體視為理想氣體,可通過閥門進(jìn)行交換。質(zhì)量為M的魚靜止在水面下H處。B室內(nèi)氣體體積為V,質(zhì)量為m;設(shè)B室內(nèi)氣體壓強(qiáng)與魚體外壓強(qiáng)相等、魚體積的變化與B室氣體體積的變化相等,魚的質(zhì)量不變,魚鰾內(nèi)氣體溫度不變。水的密度為ρ,重力加速度為g。大氣壓強(qiáng)為p0,求:

圖7

(1)魚通過增加B室體積獲得大小為a的加速度,需從A室充入B室的氣體質(zhì)量Δm;

(2)魚靜止于水面下H1處時,B室內(nèi)氣體質(zhì)量m1。

【創(chuàng)新點(diǎn)說明】本題以魚在水中的沉浮為情境,將魚鰾的兩個氣室進(jìn)行分割,實(shí)現(xiàn)了模型的轉(zhuǎn)化;將氣體實(shí)驗(yàn)定律與魚的受力分析和牛頓運(yùn)動定律相結(jié)合,實(shí)現(xiàn)了考點(diǎn)的綜合,考查了學(xué)生的模型建構(gòu)能力、分析綜合能力。

【變式1】“氣球小車”是一種深受小朋友喜歡的玩具。如圖8所示,一氣球小車放在光滑的水平面上,緊挨氣球出氣口有一固定在桌面上的豎直擋板,打開氣球夾子前氣球內(nèi)氣體的體積為V,質(zhì)量為m,壓強(qiáng)為1.1p0,氣球出氣口的截面積為S,打開氣球夾子的同時釋放小車。在打開夾子的瞬間,氣球內(nèi)氣體以初速度v0從出氣口噴出,設(shè)噴出的氣體與擋板作用后瞬間速度減小為零。已知?dú)馇蛐≤嚨馁|(zhì)量為M(質(zhì)量變化忽略不計),大氣壓為p0且保持不變,忽略氣球內(nèi)氣體溫度的變化。求:

圖8

(1)打開夾子的瞬間氣球小車的加速度;

(2)打開夾子一小段時間后氣球內(nèi)氣體的壓強(qiáng)減為1.05p0,同時氣球的體積變?yōu)?.5V,設(shè)氣球噴出氣體的平均速度為0.5v0,求此時小車的速度大小。

【變式說明】本題以氣球小車的運(yùn)動為情境,將牛頓運(yùn)動定律、動量定理、氣體實(shí)驗(yàn)定律、動量守恒定律等內(nèi)容有機(jī)結(jié)合,考查了學(xué)生的理解能力、分析綜合能力、推理能力;解決此題需要學(xué)生理解題干所述的問題情境,考查了學(xué)生獲取信息的能力和對知識的靈活運(yùn)用能力。

【真題展示4】(2022·湖南卷·5)2022 年北京冬奧會跳臺滑雪空中技巧比賽場地邊,有一根系有飄帶的風(fēng)力指示桿,教練員根據(jù)飄帶的形態(tài)提示運(yùn)動員現(xiàn)場風(fēng)力的情況。若飄帶可視為粗細(xì)一致的勻質(zhì)長繩,其所處范圍內(nèi)風(fēng)速水平向右、大小恒定且不隨高度改變。當(dāng)飄帶穩(wěn)定時,飄帶實(shí)際形態(tài)最接近的是 ( )

【真題情境再現(xiàn)】

圖9

【試題評價】1.本題突出情境的創(chuàng)新,強(qiáng)調(diào)知識在實(shí)際情境的靈活運(yùn)用。以北京2022 年冬奧會跳臺滑雪空中技巧比賽為情境,通過指示桿的飄帶考查物體的平衡及整體法、隔離法和微元法的靈活應(yīng)用。

2.本題關(guān)注時代發(fā)展,將學(xué)科內(nèi)容和體育活動緊密結(jié)合,充分展示中國元素,提升學(xué)生的民族自豪感和自信心,強(qiáng)調(diào)育人導(dǎo)向,凸顯立德樹人。

3.本題以風(fēng)力指示桿的飄帶為研究對象,要求學(xué)生判斷飄帶實(shí)際形態(tài),看似常規(guī),但設(shè)問角度新穎,要求學(xué)生建立物理模型,靈活運(yùn)用物理知識解決實(shí)際問題,對促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)和發(fā)展具有導(dǎo)向功能。

4.本題不偏不怪,在具體情境中考查學(xué)生對物理本質(zhì)的理解,通過常規(guī)方法定量或定性判斷并解決問題,起到減少機(jī)械刷題現(xiàn)象的引導(dǎo)作用。

5.這是一道運(yùn)用物理知識解決實(shí)際問題的好題。尖子生能找到模型快速解題,一般學(xué)生無從下手,亂猜亂填,命題者將正確答案設(shè)置為A,一般學(xué)生猜對概率會更低。本題具有較強(qiáng)選拔功能,承擔(dān)了選拔優(yōu)秀人才的任務(wù)。

【變式1】(改編)風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)主要用于運(yùn)動物體(例如汽車等)與空氣之間作用力的分析和研究。在風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)室中,將兩個完全相同的小球用兩段輕線連接后懸掛于天花板頂部,兩球受到的水平風(fēng)力相同,兩小球處于穩(wěn)定時,實(shí)際形態(tài)最接近的是 ( )

圖10

【改編意圖】本題沿用真題的命題思想,改編試題情境,以風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)為情境,考查共點(diǎn)力平衡的綜合、整體法和隔離法的靈活應(yīng)用。

【解析】設(shè)上段細(xì)線與水平方向夾角為α,每個小球受到的重力為mg,每個小球受到的水平風(fēng)力為F,以兩個小球作為整體,受重力、風(fēng)力和拉力作用,處于平衡狀態(tài),tanα＝;設(shè)下段細(xì)線與水平方向夾角為β,以下端小球?yàn)檠芯繉ο?同理可得tanβ＝,則α＝β,故選B。

【答案】B

【變式2】(改編)用兩絕緣細(xì)線將兩個完全相同的金屬小球A、B相連并懸掛在O點(diǎn),兩小球分別帶有等量異種電荷,A帶正電,B帶負(fù)電,未加電場時,系統(tǒng)在豎直方向處于靜止?fàn)顟B(tài),如圖11 所示?，F(xiàn)加入水平方向向右的勻強(qiáng)電場,當(dāng)系統(tǒng)處于新的平衡狀態(tài)時,兩小球所處位置可能是( )

圖11

【改編意圖】改編真題題設(shè)條件,要求學(xué)生對研究對象能正確進(jìn)行受力分析,會用整體法與隔離法解答帶電物體在電場中的平衡問題,考查學(xué)生知識獲取能力、遷移能力、思維認(rèn)知能力。

【解析】先對A、B兩球整體受力分析,受總重力2mg,電場力的合力為零,故拉力一定與重力平衡,方向豎直向上,故上段細(xì)線呈豎直狀態(tài),故AD 錯誤;再對A球受力分析,受重力、電場力和細(xì)線的拉力,由于電場力水平向右,根據(jù)三力平衡條件,細(xì)線的拉力一定向左上方,故B 錯誤,C正確。

【答案】C

【教學(xué)啟示】2022年湖南高考物理試卷嚴(yán)格遵循?課程標(biāo)準(zhǔn)?的考查方向,注重體現(xiàn)物理學(xué)科特色,很好地考查了學(xué)生對相互作用、能量、運(yùn)動等物理觀念的認(rèn)識,考查了模型建構(gòu)、科學(xué)推理等科學(xué)思維能力及多種實(shí)驗(yàn)探究能力,對加強(qiáng)中學(xué)物理教學(xué)有指導(dǎo)作用,促進(jìn)對學(xué)生物理核心素養(yǎng)的培養(yǎng),助力學(xué)生物理思維能力的提高。

【總結(jié)】

1.在教學(xué)中,滲透與日常生活相關(guān)的情境,要從日常生活生產(chǎn)、體育活動、前沿?zé)狳c(diǎn)等各方面擴(kuò)大素材的選取范圍,讓教學(xué)與生活相結(jié)合,引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用學(xué)過的物理知識解釋生活中的現(xiàn)象,應(yīng)用物理基礎(chǔ)知識建立模型,解決實(shí)際問題。

2.新高考所帶來的試題變化,意味著學(xué)生的學(xué)習(xí)模式需要改變,題海戰(zhàn)術(shù)、刷題、背套路不再可靠,要領(lǐng)悟物理規(guī)律本質(zhì),調(diào)整學(xué)習(xí)內(nèi)容,不能止于教材,要善于思考并拓展。新高考改革下,教師要善于引導(dǎo),在教學(xué)之前要進(jìn)行深度挖掘,讓學(xué)生從被動接受型學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃友芯啃蛯W(xué)習(xí)。