逍遥学能 2017-11-28 12:17
? 一、应用型物理综合题的特点
?1．应用型物理综合题大都以现实生活中的具体问题和现代科学技术的实际例子，尤其是与人们生活息息相关的热点问题和现代科学的经典实例为背景组织材料并提出问题，如能源问题、航天问题等，题目具有浓厚的生活气息和时代感，要求考生具有较高的知识应用能力．
?2．题目的信息量大．应用型物理综合题中的新材料作为物理问题的新载体，具有信息量大、内容丰富的显著特点．从信息内容看，既包含构成生活事实和科技实例必不可少的背景信息，也包含构成物理问题的条件和关系等信息．从信息给予方式看，既有以文字语言给出的信息，也有同时应用图象、图表、公式等方式给予信息．
?3．题目中的物理对象、物理过程和情景以及要解决的问题隐含在生活、科学事实中，具有隐蔽的特点，其物理过程和情景更需要考生去独立发现，并不是像以往的习题和考题，考生所面对的大都是抽象的物理模型，如小球、光滑斜面、轻杆、轻绳等，直接的物理过程如追赶、碰撞、爆炸、简谐运动等．
?二、应用型物理综合题对能力的要求
?应用型物理综合题主要考查物理知识的应用能力，具体体现在：
?1．阅读能力：首先要求学生能读懂题，包括对文字语言的领会，对陌生名词的领悟，对图象、图表、公式的理解把握．了解问题的背景、涉及的对象，了解物理过程和物理情景，明确要解决的问题．
?2．信息的分析、选择能力：要求学生在领会题意的基础上，对题给信息进行分析判断．要能够剔除题目中的生活要素和科技实例中的事件因素，获取题目中构成物理问题的物理要素．根据问题的要求和解答目标，排除次要因素，抓住主要的物理条件和物理关系，以及主要的物理过程和情景．
?3．物理建模能力：根据以上分析中获取的主要物理情景以及物理条件和关系，把题给问题与熟悉的物理知识联系起来，把实际问题简化、抽象为恰当的物理模型，用学过的知识和方法对问题给予解决．
?三、应对策略
1．认真学好基本知识、基本概念，牢牢掌握物理规律，是求解应用型物理综合题的基础．一些应用型题目表面上看题目很长，但这些问题的物理实质、物理模型往往较简单，大部分文字只是基于对生活背景和科技事件的完整性、严密性的必要表述，涉及到科技实例的应用型题往往起点很高，但其落点往往较低，只需用学过的物理知识即可顺利解决．
?2．认真学好课本中的一些典型物理模型．物理模型是建立物理概念和规律，是研究自然科学问题的常用方法．我们要了解一些重要模型的建立过程，如质点、点电荷、自由落体运动、碰撞、原子核式结构模型等，了解在建模过程中的研究方法和物理思想，这些方法和思想对具体建模提供主要的思路．此外，还要做一些必要的综合题，进一步培养、训练建模能力．
?3．关注生活，关注社会的热点、焦点问题，增加课外阅读，如科普刊物，报纸和电视的科技栏目，特别是有关高新科技的报道分析，了解一些科学新实验的原理和方法，了解其对未来社会可能产生的影响，如光纤通信、纳米材料、超导磁悬浮列车等．努力开拓视野，把目光从狭窄的课本知识中解脱出来，只有这样才不至于对题目中的名词和事件感到处处陌生，甚至连题目也读不懂，才能做到解题时胸有成竹，应付裕如．
?四、例题
图1
?例1（2000年三省高考理科综合题） 如图1所示，厚度为ｈ，宽度为ｄ的导体板放在垂直于它的磁感强度为Ｂ的均匀磁场中，当电流通过导体板时，在导体板的上侧面Ａ和下侧面Ａ‘之间会产生电势差，这种现象称为霍尔效应．实验表明，当磁场不太强时，电势差Ｕ、电流Ｉ和磁场Ｂ的关系为
?Ｕ＝ｋ（ＩＢ／ｄ），
式中的比例系数ｋ称为霍尔系数．
?霍尔效应可解释如下：外部磁场的洛伦兹力使运动的电子聚集在导体板的一侧，在导体板的另一侧会出现多余的正电荷，从而形成横向电场．横向电场对电子施加与洛伦兹力方向相反的静电力．当静电力与洛伦兹力达到平衡时，导体板上下两侧面之间就会形成稳定的电势差．
?设电流Ｉ是由电子的定向流动形成，电子的平均定向速度为ｖ，电量为ｅ，回答下问题：
?（1）达到稳定状态时，导体板上侧面Ａ的电势__________下侧面Ａ’的电势（填“高于”、“低于”或“等于”）．
?（2）电子所受的洛伦兹力的大小为_____________．
?（3）当导体板上下两侧面之间的电势差为U时，电子所受静电力的大小为____________．
?（4）由静电力和洛伦兹力平衡的条件，证明霍尔系数ｋ＝1／ｎｅ，其中ｎ代表导体板单位体积中电子的个数．
?解析 本题的显著特点是阅读量和信息量大．要求考生理解题中所给的物理现象并能应用学过的物理知识对此现象给予正确解释．题中的物理模型也并不难：垂直放在匀强磁场中的通电导体板，电流方向向右，电子运动方向向左，受竖直向上的洛伦兹力的作用，使得电子聚集在导体板的上侧面，故上侧面Ａ的电势低于下侧面Ａ‘的电势，稳定后，电子受到的静电力与洛伦兹力平衡，有
?ｅ?（Ｕ／ｈ）＝ｅｖＢ，
可得导体板上下两侧面之间的电势差为
?Ｕ＝ｈｖＢ． ①
又因为通过导体的电流为
?Ｉ＝ｎｅｖｄｈ， ②
亦即 ｖ＝Ｉ／ｎｅｈｄ，
将②式带入①式有Ｕ＝（1／ｎｅ）?（ＩＢ／ｄ），
故霍尔系数为ｋ＝1／ｎｅ．
?霍尔效应由美国物理学家霍尔于1879年首先发现，现广泛应用于对半导体材料的测试和研究中．霍尔效应的原理并不复杂，题目对此叙述得恰到好处，既对问题作了必要的说明，又给考生留有一定的推理空间．作为首次理科综合考试中出现的应用型物理综合题，确实起到了良好的导向作用．
?例2 近一时期，铁道部先后几次提高了旅客列车的速度，为了测量列车的速度和加速度的大小，可采用如图2所示的装置，它由一块安装在列车车头底部的强磁体和埋设在轨道地面的一组线圈及电流测量记录仪组成（测量记录仪图中未画出）．当列车经过线圈上方时，线圈中产生的电流被记录下来，就能求出列车在各个位置的速度和加速度．如图3所示，假设磁体端部磁感强度Ｂ＝0．004Ｔ，且全部集中在端面范围内，与端面相垂直．磁体的宽度与线圈宽度相同，且都很小，线圈匝数ｎ＝5，长Ｌ＝0．2ｍ，电阻Ｒ＝0．4Ω（包括引出线的电阻），测试记录下来的电流－位移图线如图4所示．
图2
图3
图4
?（1）试计算在离O（原点）30ｍ和130ｍ处列车的速度ｖ1和ｖ2的大小．
?（2）假设列车做的是匀加速运动，求列车的加速度大小．
?解析 本题对阅读能力和从图象及文字叙述中获取有用的物理信息的能力要求较高，而根据题给情景建立简化的物理模型是解题的关键．我们只需视线圈相对于火车运动，即可得到我们熟悉的线框进入匀强磁场做切割磁感线运动的模型：两个相同的矩形线框Ⅰ和Ⅱ保持一定的距离向有界匀强磁场Ｂ做匀加速运动，如图3所示，最终进入并通过磁场，磁场宽度和线框的宽度相同且都很小，线圈匝数ｎ＝5，长Ｌ＝0．2ｍ，电阻Ｒ＝0．4Ω，磁感强度Ｂ＝0．004Ｔ，若二线框间的距离为ｓ＝100ｍ，初始时线圈Ⅰ到磁场边界的距离ｓ0＝30ｍ，线框中电流与其位移的图象如图4所示，求以上二问题．
?根据以上模型对问题简解如下．由图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．