高考物理题案例分析

高考物理题案例分析

‎（2）04年25题是来源于柴油打桩机的生产实际问题（题如下）‎ ‎25.（20分）柴油打桩机的重锤由气缸、活塞等若干部件组成，气缸与活塞间有柴油与空气的混合物。在重锤与桩碰撞的过程中，通过压缩使混合物燃烧，产生高温高压气体，从而使桩向下运动，锤向上运动。现把柴油打桩机和打桩过程简化如下：‎ 柴油打桩机重锤的质量为m，锤在桩帽以上高度为h处（如图1）从静止开始竖直轨道自由落下，打在质量为M（包括桩帽）的钢筋混凝土桩子上。同时，柴油燃烧，产生猛烈推力，锤和桩分离，这一过程的时间极短。随后，桩在泥土中向下移动一距离l。已知锤反跳后到达最高点时，锤与已停下的桩帽之间的距离也为h（如图2）。已知m=1.0×103kg,M=2.0×103kg,h=2.0m,l=0.20m，重力加速度g=10m/s2，混合物的质量不计。设桩向下移动的过程中泥土对桩的作用力F是恒力，求此力的大小。‎ 该题考查力学中动量、能量、运动学的有关知识目标，是对综合运用知识，具体解决实际问题能力的考核。‎ ‎①精彩答卷评析。‎ 案例04-25-1中，考生对生产中打桩的实际问题，清晰地分解为四个物理过程，即：锤下落，锤与桩碰撞，桩深入泥土，锤反弹回升。并根据各过程的力学特点，选择了最合适、最简捷的方法，依据相应的规律，列出联立方程求解，计算准确规范，思路便捷清晰，体现了很好的分析综合能力，只是分步代值，设先进行文字运算有点缺撼。‎ ‎ ‎ 案例04-25-1 案例04-25-2‎ ‎②典型错案评析 案例：04-25-3‎ 在案例04-25-2中，该考生仅列对了“锤下落”和“桩下降”的两组方程，但对碰撞过程动量守恒方程中，认为锤反弹速度与锤刚碰撞桩时速度等值反向，出现了错误。因此，也就缺少了针对锤反弹求碰后锤速度的方程。另外，桩向下运动所列牛顿第二定律和运动学方程虽然正确，却不如从功能关系列式更简捷。‎ 在另外的案例04-25-3中，居然列出涉及桩下降过程的机械能守恒方程。这一方面说明该同学根本就不明确机械能守恒定律的适用条件，另一方面也说明，考生对打桩这种实际应用问题，不会详尽地将其分解为若干物理过程，不能够针对具体物理过程进行正确的力学分析，而是寻找练过习题的某些“影子”，生搬硬套一些物理规律公式。这表明，这类考生十分缺乏具体问题具体分析的能力，综合应用物理知识的能力非常低下。‎ 案例：04-25-4‎ 我们再来看，问题案例04-25-4，所列锤桩碰撞的动量守恒方程中，缺少锤反弹瞬时的动量，认为碰后锤速为零。这显然是分析碰撞过程时，对于参与碰撞的锤和桩，初态、末态动量的确定出现了遗漏。另外，对于桩下降过程，既用牛顿第二定律和运动学方程，又同时用动量定理，使两类方程不具备独立性，其实是画蛇添足的效果。这依然是机械地套用物理规律公式的表现。‎ 从04年25题2、3、4错例中不难看出，涉及物理过程较多的力学题目一般是比较难的，而不能正确解答它们，主要还是熟练分析过程、综合运用规律的能力水平不够。而此题又在较后面排列，综合难度又高，也容易造成考生紧张而出现思路障碍。‎ ‎3、今年（2005年）的两个力学题属于比较常规的力学综合题 ‎（1）2005年25题是近年来得分率较高的力学题目（题如下）‎ ‎25.（20分）质量为M的小物块A静止在离地面高h的水平桌面的边缘，质量为m的小物块B沿桌面向A运动并以速度v0与之发生正碰（碰撞时间极短）。碰后A离开桌面，其落地点离出发点的水平距离为L。碰后B向反运动。求B后退的距离。已知B与桌面间的动磨擦因数为μ。重力加速度为g。‎ 这一题目考查的知识能力目标与04年25题类同，只是程度上稍低一些。‎ ‎①精彩答卷评析 案例05-25-1点评：解答简明扼要，过程明明白白，规律运用准确，方法选择便捷，四个主要方程书写得清楚、整洁，卷面没有多余的话语和表式，无愧能得满分，堪称精炼的典型。‎ 案例05-25-1‎ 案例05-25-2‎ 案例05-25-2也不失为一个好的答题典型。卷中，语言条理清楚，针对每个过程应用什么规律及为什么用都表述得很明白。解答时，除了前半部分与上一个案例运用相同规律公式之外，对B物体的减速运动选用了牛顿第二定律和运动学公式联立，这是力学中另一观点（力的即时效应观点）和方法的运用，效果是相同的，只是比起功能法稍繁一点（对于这道题来说）。‎ ‎②典型错案评析 案例05-25-3‎ 上面所摘案例05-25-3是一个错误漏洞百出的问题答卷。具体错误如下：①解此题中能看出各物理量（以字母加角标表示）仅取了决定值，而题中已知B碰后反向运动，则向右为正时，动量守恒方程中mv1前应加“-”号；②动量守恒方程中v2应为A刚碰后的即时速度，即A平抛的初速度，不能用Mgh=Mv求解，而应该据平抛的运动学规律求解；③物块B碰后反向运动中，需克服磨擦阻力做功，机械能并不守恒，答题中说明错误；④针对B碰后运动到停止的过程中，应该据动能定理（功能关系）列式为“”,含意是B碰后的动能全用于克服摩擦力做功直至停止于桌面，该同学针对此列出的方程是错误的；⑤该同学列出的方程“”中，是B碰前速度，是碰前动能，与B克服磨擦做功后退的过程无关。严格说来，此题应评为零分。‎ 分析错误的原因，与04年25题应是如出一辙，即不能将实际问题转化分解为具体的物理过程，不能针对具体过程进行细化到过程中相关状态、物理量的全面分析，不能综合运用物理规律正确列出针对各过程的联立方程组，说明对概念及规律还没有真正理解，达不到融会贯通的熟练程度。归根结底，还是科学思维能力，综合应用能力欠缺、低下。‎ 关于05-25-3的错例，基本上代表了解此题易出现的各种错误情况。尽管比起04年25题简单了不少，仍有34%的失分率，极具典型性。同学们应该以此为鉴，吸取教训。‎ ‎（2）2005年23题是功能关系用于力学连结体系统的范例（题见下）‎ ‎23、（16分）如图所示，在水平桌面的边角处有一轻质光滑的定滑轮K，一条不可伸长的轻绳绕过K分别与物块A、B相连，A、B的质量分别为mA、mB。开始时系统处于静止状态。现用一水平恒力F拉物块A，使物块B上升。已知当B上升距离为h时，B的速度为。求此过程中物块A克服磨擦力所做的功。重力加速度为g。‎ 这是一个力学连结体问题，侧重于功能关系和解题思路方法的考查。它需要有较强的灵活运用规律的能力和对物理对象、物理过程的分析、整合能力。‎ ‎①精彩答卷评析 见案例05-23-1，该同学将A、B（含绳）组成的连结体作为一个整体系统来研究，严格说，还应包括桌子及地球，根据能量守恒关系，列出一个方程即解决了问题。。对于此方程可理解为：动力所做的功（对应于施力者消耗能量）Fh，一部分用于克服磨擦力做功，对应于桌面及A物块内能增加，一部分使A、B的动能和势能增加，即A、B的机械能增加，符合能量守恒关系，于是极易导出。当然，此方程也可以说据功能关系或功能原理列出，本质是一样的。‎ 案例05-23-1‎ ‎②典型错案评析 案例05-23-2：题中已明确给出对A的水平恒力为F，但该考生仍用F表示B受绳的拉力，这本不是一个力，却用同样字母表示，造成不同的力混淆不清；对于A物块受力图示及对A列出的牛顿第二定律方程，相关力的表示也都不清楚；虽列出了几个关于A、B的运动学方程，但均搭建不起正确的联系，推导混乱，全无条理；卷面勾勾抹抹，反映了思维的无序状态，写的不少，一分也得不到。‎ 案例05-23-2‎ 其实此题完全可以用隔离法分析方程后联立求解。隔离后或用功能关系列式，或用牛顿定律结合运动学公式列方程，只要分析清楚每个隔离体的受力和运动情况，就能为正确列出方程提供保障，只是求解过程会显得很麻烦。据此题求解情况可有如下启发：连结体问题也不一定非要采取隔离方法，如果用功能观点解决此类问题，选取系统整体经历的全过程，可能会更为简捷而精辟。上面的错案正是不会正确隔离分析列式，又不善于对整体选用功能法解题的一个错误典型。‎ 在案例05-23-3中，该考生对整个系统列出的功能关系式“W1W2=EKEP”可以认为是正确的，但紧接着的方程中，认为EK仅以是错误的，从而导致整个结果错误。‎ 案例05-23-3‎ 又如案例05-23-4中针对物块B列出的功能关系方程中“”前应为“+”‎案例05-23-4‎ 号，含意是：B受绳拉力做的功等于B的动能增量与势能增量之和（即机械能的增量）；而物块A克服磨擦力做的功“W”可对A据功能关系列式求出，即：‎ 这样才可推出正确结果。而该考生不能隔离后分别正确列出对A和B的功能关系式，是错误的主要原因。‎ 通过以上错例可见，对系统也好，对各个隔离体也好，用功能方法解题，首要的是理解功能关系，把握各力做功引起的能量变化关系。这是一个因果关系，伴随着能量转化和守恒的内涵。当然，应用它是以对被研究者的受力、运动情况分析为基础的。希望同学们细细地品味，不理解透彻的规律是不会应用好的；而应用又是加深理解，培养能力的重要途径。‎ ‎4、带电粒子在电场和磁场中运动的电学综合题 ‎（1）2004年24题是电场、磁场相邻但分立的电学综合题，题如下 ‎24.（18分）如图所示，在y>0的空间中存在匀强电场，场强沿y轴负方向；在y<0的空间中，存在匀强磁场，磁场方向垂直xy平面（纸面）向外。一电量为q、质量为m的带正电的运动粒子，经过y轴上y=h处的点P1时速率为，方向沿x轴正方向；然后，经过x轴上x=2h处的P2点进入磁场，并经过y轴上y=-2h处的P3点，不计重力。求 ‎（1）电场强度的大小。‎ ‎（2）粒子到达P2时速度的大小和方向。‎ ‎（3）磁感应强度的大小。‎ 该题目考查电场、磁场知识与力学规律的综合应用。同时涉及简单数学方法的应用。同样也是对知识、方法、能力、态度的综合考查。‎ ‎①精彩答题评析 案例04-24-1‎