? 一、應(yīng)用型物理綜合題的特點(diǎn)
?1.應(yīng)用型物理綜合題大都以現(xiàn)實(shí)生活中的具體問(wèn)題和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的實(shí)際例子,尤其是與人們生活息息相關(guān)的熱點(diǎn)問(wèn)題和現(xiàn)代科學(xué)的經(jīng)典實(shí)例為背景組織材料并提出問(wèn)題,如能源問(wèn)題、航天問(wèn)題等,題目具有濃厚的生活氣息和時(shí)代感,要求考生具有較高的知識(shí)應(yīng)用能力.
?2.題目的信息量大.應(yīng)用型物理綜合題中的新材料作為物理問(wèn)題的新載體,具有信息量大、內(nèi)容豐富的顯著特點(diǎn).從信息內(nèi)容看,既包含構(gòu)成生活事實(shí)和科技實(shí)例必不可少的背景信息,也包含構(gòu)成物理問(wèn)題的條件和關(guān)系等信息.從信息給予方式看,既有以文字語(yǔ)言給出的信息,也有同時(shí)應(yīng)用圖象、圖表、公式等方式給予信息.
?3.題目中的物理對(duì)象、物理過(guò)程和情景以及要解決的問(wèn)題隱含在生活、科學(xué)事實(shí)中,具有隱蔽的特點(diǎn),其物理過(guò)程和情景更需要考生去獨(dú)立發(fā)現(xiàn),并不是像以往的習(xí)題和考題,考生所面對(duì)的大都是抽象的物理模型,如小球、光滑斜面、輕桿、輕繩等,直接的物理過(guò)程如追趕、碰撞、爆炸、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)等.
?二、應(yīng)用型物理綜合題對(duì)能力的要求
?應(yīng)用型物理綜合題主要考查物理知識(shí)的應(yīng)用能力,具體體現(xiàn)在:
?1.閱讀能力:首先要求學(xué)生能讀懂題,包括對(duì)文字語(yǔ)言的領(lǐng)會(huì),對(duì)陌生名詞的領(lǐng)悟,對(duì)圖象、圖表、公式的理解把握.了解問(wèn)題的背景、涉及的對(duì)象,了解物理過(guò)程和物理情景,明確要解決的問(wèn)題.
?2.信息的分析、選擇能力:要求學(xué)生在領(lǐng)會(huì)題意的基礎(chǔ)上,對(duì)題給信息進(jìn)行分析判斷.要能夠剔除題目中的生活要素和科技實(shí)例中的事件因素,獲取題目中構(gòu)成物理問(wèn)題的物理要素.根據(jù)問(wèn)題的要求和解答目標(biāo),排除次要因素,抓住主要的物理?xiàng)l件和物理關(guān)系,以及主要的物理過(guò)程和情景.
?3.物理建模能力:根據(jù)以上分析中獲取的主要物理情景以及物理?xiàng)l件和關(guān)系,把題給問(wèn)題與熟悉的物理知識(shí)聯(lián)系起來(lái),把實(shí)際問(wèn)題簡(jiǎn)化、抽象為恰當(dāng)?shù)奈锢砟P停脤W(xué)過(guò)的知識(shí)和方法對(duì)問(wèn)題給予解決.
?三、應(yīng)對(duì)策略
1.認(rèn)真學(xué)好基本知識(shí)、基本概念,牢牢掌握物理規(guī)律,是求解應(yīng)用型物理綜合題的基礎(chǔ).一些應(yīng)用型題目表面上看題目很長(zhǎng),但這些問(wèn)題的物理實(shí)質(zhì)、物理模型往往較簡(jiǎn)單,大部分文字只是基于對(duì)生活背景和科技事件的完整性、嚴(yán)密性的必要表述,涉及到科技實(shí)例的應(yīng)用型題往往起點(diǎn)很高,但其落點(diǎn)往往較低,只需用學(xué)過(guò)的物理知識(shí)即可順利解決.
?2.認(rèn)真學(xué)好課本中的一些典型物理模型.物理模型是建立物理概念和規(guī)律,是研究自然科學(xué)問(wèn)題的常用方法.我們要了解一些重要模型的建立過(guò)程,如質(zhì)點(diǎn)、點(diǎn)電荷、自由落體運(yùn)動(dòng)、碰撞、原子核式結(jié)構(gòu)模型等,了解在建模過(guò)程中的研究方法和物理思想,這些方法和思想對(duì)具體建模提供主要的思路.此外,還要做一些必要的綜合題,進(jìn)一步培養(yǎng)、訓(xùn)練建模能力.
?3.關(guān)注生活,關(guān)注社會(huì)的熱點(diǎn)、焦點(diǎn)問(wèn)題,增加課外閱讀,如科普刊物,報(bào)紙和電視的科技欄目,特別是有關(guān)高新科技的報(bào)道分析,了解一些科學(xué)新實(shí)驗(yàn)的原理和方法,了解其對(duì)未來(lái)社會(huì)可能產(chǎn)生的影響,如光纖通信、納米材料、超導(dǎo)磁懸浮列車等.努力開拓視野,把目光從狹窄的課本知識(shí)中解脫出來(lái),只有這樣才不至于對(duì)題目中的名詞和事件感到處處陌生,甚至連題目也讀不懂,才能做到解題時(shí)胸有成竹,應(yīng)付裕如.
?四、例題
圖1
?例1(2000年三省高考理科綜合題) 如圖1所示,厚度為h,寬度為d的導(dǎo)體板放在垂直于它的磁感強(qiáng)度為B的均勻磁場(chǎng)中,當(dāng)電流通過(guò)導(dǎo)體板時(shí),在導(dǎo)體板的上側(cè)面A和下側(cè)面A‘之間會(huì)產(chǎn)生電勢(shì)差,這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng).實(shí)驗(yàn)表明,當(dāng)磁場(chǎng)不太強(qiáng)時(shí),電勢(shì)差U、電流I和磁場(chǎng)B的關(guān)系為
?U=k(IB/d),
式中的比例系數(shù)k稱為霍爾系數(shù).
?霍爾效應(yīng)可解釋如下:外部磁場(chǎng)的洛倫茲力使運(yùn)動(dòng)的電子聚集在導(dǎo)體板的一側(cè),在導(dǎo)體板的另一側(cè)會(huì)出現(xiàn)多余的正電荷,從而形成橫向電場(chǎng).橫向電場(chǎng)對(duì)電子施加與洛倫茲力方向相反的靜電力.當(dāng)靜電力與洛倫茲力達(dá)到平衡時(shí),導(dǎo)體板上下兩側(cè)面之間就會(huì)形成穩(wěn)定的電勢(shì)差.
?設(shè)電流I是由電子的定向流動(dòng)形成,電子的平均定向速度為v,電量為e,回答下問(wèn)題:
?(1)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí),導(dǎo)體板上側(cè)面A的電勢(shì)__________下側(cè)面A’的電勢(shì)(填“高于”、“低于”或“等于”).
?(2)電子所受的洛倫茲力的大小為_____________.
?(3)當(dāng)導(dǎo)體板上下兩側(cè)面之間的電勢(shì)差為U時(shí),電子所受靜電力的大小為____________.
?(4)由靜電力和洛倫茲力平衡的條件,證明霍爾系數(shù)k=1/ne,其中n代表導(dǎo)體板單位體積中電子的個(gè)數(shù).
?解析 本題的顯著特點(diǎn)是閱讀量和信息量大.要求考生理解題中所給的物理現(xiàn)象并能應(yīng)用學(xué)過(guò)的物理知識(shí)對(duì)此現(xiàn)象給予正確解釋.題中的物理模型也并不難:垂直放在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的通電導(dǎo)體板,電流方向向右,電子運(yùn)動(dòng)方向向左,受豎直向上的洛倫茲力的作用,使得電子聚集在導(dǎo)體板的上側(cè)面,故上側(cè)面A的電勢(shì)低于下側(cè)面A‘的電勢(shì),穩(wěn)定后,電子受到的靜電力與洛倫茲力平衡,有
?e?(U/h)=evB,
可得導(dǎo)體板上下兩側(cè)面之間的電勢(shì)差為
?U=hvB. 、
又因?yàn)橥ㄟ^(guò)導(dǎo)體的電流為
?I=nevdh, 、
亦即 v=I/nehd,
將②式帶入①式有U=(1/ne)?(IB/d),
故霍爾系數(shù)為k=1/ne.
?霍爾效應(yīng)由美國(guó)物理學(xué)家霍爾于1879年首先發(fā)現(xiàn),現(xiàn)廣泛應(yīng)用于對(duì)半導(dǎo)體材料的測(cè)試和研究中.霍爾效應(yīng)的原理并不復(fù)雜,題目對(duì)此敘述得恰到好處,既對(duì)問(wèn)題作了必要的說(shuō)明,又給考生留有一定的推理空間.作為首次理科綜合考試中出現(xiàn)的應(yīng)用型物理綜合題,確實(shí)起到了良好的導(dǎo)向作用.
?例2 近一時(shí)期,鐵道部先后幾次提高了旅客列車的速度,為了測(cè)量列車的速度和加速度的大小,可采用如圖2所示的裝置,它由一塊安裝在列車車頭底部的強(qiáng)磁體和埋設(shè)在軌道地面的一組線圈及電流測(cè)量記錄儀組成(測(cè)量記錄儀圖中未畫出).當(dāng)列車經(jīng)過(guò)線圈上方時(shí),線圈中產(chǎn)生的電流被記錄下來(lái),就能求出列車在各個(gè)位置的速度和加速度.如圖3所示,假設(shè)磁體端部磁感強(qiáng)度B=0.004T,且全部集中在端面范圍內(nèi),與端面相垂直.磁體的寬度與線圈寬度相同,且都很小,線圈匝數(shù)n=5,長(zhǎng)L=0.2m,電阻R=0.4Ω(包括引出線的電阻),測(cè)試記錄下來(lái)的電流-位移圖線如圖4所示.
圖2
圖3
圖4
?(1)試計(jì)算在離O(原點(diǎn))30m和130m處列車的速度v1和v2的大。
?(2)假設(shè)列車做的是勻加速運(yùn)動(dòng),求列車的加速度大。
?解析 本題對(duì)閱讀能力和從圖象及文字?jǐn)⑹鲋蝎@取有用的物理信息的能力要求較高,而根據(jù)題給情景建立簡(jiǎn)化的物理模型是解題的關(guān)鍵.我們只需視線圈相對(duì)于火車運(yùn)動(dòng),即可得到我們熟悉的線框進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)做切割磁感線運(yùn)動(dòng)的模型:兩個(gè)相同的矩形線框Ⅰ和Ⅱ保持一定的距離向有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)B做勻加速運(yùn)動(dòng),如圖3所示,最終進(jìn)入并通過(guò)磁場(chǎng),磁場(chǎng)寬度和線框的寬度相同且都很小,線圈匝數(shù)n=5,長(zhǎng)L=0.2m,電阻R=0.4Ω,磁感強(qiáng)度B=0.004T,若二線框間的距離為s=100m,初始時(shí)線圈Ⅰ到磁場(chǎng)邊界的距離s0=30m,線框中電流與其位移的圖象如圖4所示,求以上二問(wèn)題.
?根據(jù)以上模型對(duì)問(wèn)題簡(jiǎn)解如下.由圖4得出i1=0.12A,i2=0.15A,由I=nBLv/R可得v1=12m/s,v2=15m/s,又由v22-v12=2as即可得a=0.405m/s2.
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