2024版高考物理復(fù)習(xí)教案：第二篇 四物理情境題破譯法

四、物理情境題破譯法高考試題從原來的解題到現(xiàn)在的解決問題，出現(xiàn)的情境題越來越多，題目情境來源于生活、生產(chǎn)、體育運(yùn)動(dòng)、科技，無情境不命題。我們分析物理情境題時(shí)，可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行研究分析。1．仔細(xì)讀題，構(gòu)建物理模型明確題中所給的物理情境要解決的問題，仔細(xì)分析該情境描述的研究對(duì)象。經(jīng)歷了什么過程？受哪些作用力？分析運(yùn)動(dòng)性質(zhì)，遵循哪些規(guī)律？將此問題和學(xué)過的知識(shí)相關(guān)聯(lián)，在大腦中調(diào)出所學(xué)過的關(guān)于這個(gè)問題所涉及的物理知識(shí)。2．挖掘破題關(guān)鍵解決實(shí)際問題，根據(jù)題目展示的物理情境，建立好物理模型之后，再看看我們需要解決什么問題，然后再次回到題目所給的信息中去挖掘破題關(guān)鍵信息，進(jìn)行二次讀題，最終查看問題是否得到解決。3．還有一些情境題為假情境，戴著情境的帽子，把這幾句信息去掉對(duì)解題無影響，這樣的題可以去掉情境，從中直接找出關(guān)鍵信息即可。例1(2022·重慶卷·1)如圖所示，吸附在豎直玻璃上質(zhì)量為m的擦窗工具，在豎直平面內(nèi)受重力、拉力和摩擦力(圖中未畫出摩擦力)的共同作用做勻速直線運(yùn)動(dòng)。若拉力大小與重力大小相等，方向水平向右，重力加速度為g，則擦窗工具所受摩擦力()A．大小等于mg B．大小等于eq\r(2)mgC．方向豎直向上 D．方向水平向左解題指導(dǎo)物理情境擦窗工具擦玻璃解決問題擦玻璃過程中摩擦力的分析與計(jì)算關(guān)聯(lián)知識(shí)共點(diǎn)力的平衡與情境結(jié)合擦窗工具在豎直平面內(nèi)受重力、拉力和摩擦力(圖中未畫出摩擦力)的共同作用做勻速直線運(yùn)動(dòng)，處于平衡狀態(tài)，受力分析，求摩擦力答案B解析對(duì)擦窗工具進(jìn)行受力分析如圖所示，擦窗工具做勻速直線運(yùn)動(dòng)，受力平衡，又F＝mg，所以擦窗工具所受摩擦力方向如圖所示，大小為Ff＝eq\r(mg2＋F2)＝eq\r(2)mg，故選B。例2(2022·福建卷·1)福建土樓兼具居住和防御的功能，承啟樓是圓形土樓的典型代表，如圖(a)所示。承啟樓外樓共四層，各樓層高度如圖(b)所示。同一樓層內(nèi)部通過直徑約50m的圓形廊道連接。若將質(zhì)量為100kg的防御物資先從二樓倉(cāng)庫(kù)搬到四樓樓梯口M處，再用100s沿廊道運(yùn)送到N處，如圖(c)所示。重力加速度大小取10m/s2，則()A．該物資從二樓地面被運(yùn)送到四樓M處的過程中，克服重力所做的功為5400JB．該物資從M處被運(yùn)送到N處的過程中，克服重力所做的功為78500JC．從M處沿圓形廊道運(yùn)動(dòng)到N處，位移大小為78.5mD．從M處沿圓形廊道運(yùn)動(dòng)到N處，平均速率為0.5m/s解題指導(dǎo)物理情境福建土樓解決問題若將質(zhì)量為100kg的防御物資先從二樓倉(cāng)庫(kù)搬到四樓樓梯口M處，再用100s沿廊道運(yùn)送到N處，位移、做功等問題關(guān)聯(lián)知識(shí)位移，平均速率公式，恒力做功的計(jì)算與情境結(jié)合承啟樓是圓形土樓的典型代表，承啟樓外樓共四層，各樓層高度如圖(b)所示。同一樓層內(nèi)部通過直徑約50m的圓形廊道連接。搬運(yùn)過程中，克服重力所做的功與路徑無關(guān)，只與初末位置的高度差有關(guān)，情境中的初末位置連線長(zhǎng)度為位移大小，在此過程中的路程和時(shí)間之比計(jì)算平均速率答案A解析該物資從二樓地面被運(yùn)送到四樓M處的過程中，克服重力所做的功為W克G＝mgΔh＝100×10×(2.7＋2.7)J＝5400J，故A正確；該物資從M處被運(yùn)送到N處的過程中，由于M、N高度差為零，所以克服重力做功為零，故B錯(cuò)誤；從M處沿圓形廊道運(yùn)動(dòng)到N處，位移大小為50m，故C錯(cuò)誤；從M處沿圓形廊道運(yùn)動(dòng)到N處，平均速率為v＝eq\f(s,t)＝eq\f(πr,t)≈eq\f(3.14×\f(50,2),100)m/s＝0.785m/s，故D錯(cuò)誤。例3(2023·江蘇南京市檢測(cè))國(guó)產(chǎn)科幻大片《流浪地球2》中的“太空電梯”給觀眾帶來了強(qiáng)烈的視覺震撼。如圖所示，“太空電梯”由地面基站、纜繩、箱體、同步軌道上的空間站和配重組成，纜繩相對(duì)地面靜止，箱體可以沿纜繩將人和貨物從地面運(yùn)送到空間站。下列說法正確的是()A．地面基站可以建設(shè)在青藏高原上B．配重的線速度小于同步空間站的線速度C．箱體在上升過程中受到地球的引力越來越小D．若同步空間站和配重間的纜繩斷開，配重將做向心運(yùn)動(dòng)解題指導(dǎo)物理情境《流浪地球2》中的“太空電梯”解決問題建設(shè)“太空電梯”，由地面基站、纜繩、箱體、同步軌道上的空間站和配重組成，纜繩相對(duì)地面靜止，利用箱體可以沿纜繩將人和貨物從地面運(yùn)送到空間站關(guān)聯(lián)知識(shí)圓周運(yùn)動(dòng)線速度與角速度關(guān)系，圓周運(yùn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)分析，向心運(yùn)動(dòng)、離心運(yùn)動(dòng)與情境結(jié)合讀圖可知，空間站處于同步軌道上，和地球自轉(zhuǎn)同步，角速度相同，若無配重，地球?qū)ζ湟μ峁┫蛐牧eq\f(Mm,r空2)＝mω2r空，纜繩恰無張力；箱體可以沿纜繩將人和貨物從地面運(yùn)送到空間站，纜繩對(duì)箱體提供向上拉力，對(duì)空間站向下拉影響空間站的安全；配重在同步軌道外，引力不足以提供向心力Geq\f(Mm,r配2)<Geq\f(Mm,r空2)，纜繩提供拉力，處于繃緊狀態(tài)答案C解析由題意可知，整個(gè)同步軌道一定在地球赤道正上方，因此地面基站不可以建設(shè)在青藏高原上，A錯(cuò)誤；由太空電梯的結(jié)構(gòu)可知，配重與同步空間站的角速度相同，由v＝ωr可知，空間站的軌道半徑小于配重的軌道半徑，因此配重的線速度大于同步空間站的線速度，B錯(cuò)誤；由F＝Geq\f(Mm,r2)可知，箱體在上升過程中受到地球的引力隨距離r的增加而減小，C正確；由題意可知，空間站和配重都做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，若纜繩斷開，配重與地球間的萬有引力則有F′＝Geq\f(Mm,r配2)<Geq\f(Mm,r空2)＝mω2r空<mω2r配，即地球?qū)ε渲氐娜f有引力小于配重做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力，因此配重會(huì)做離心運(yùn)動(dòng)，D錯(cuò)誤。例4如圖甲所示為利用霍爾元件制作的位移傳感器。將霍爾元件置于兩塊磁性強(qiáng)弱相同、同名磁極相對(duì)放置的磁體正中間，以中間位置為坐標(biāo)原點(diǎn)建立如圖乙所示的空間坐標(biāo)系。當(dāng)霍爾元件沿x軸方向移動(dòng)到不同位置時(shí)，將產(chǎn)生不同的霍爾電壓U，通過測(cè)量電壓U就可以知道位移x。已知沿x軸方向磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B＝kx(k為常數(shù)，且k>0)，電流I沿＋z方向大小不變。該傳感器靈敏度eq\f(ΔU,Δx)，要使該傳感器的靈敏度變大，下列措施可行的是()A．把霍爾元件沿x方向的厚度變小B．把霍爾元件沿y方向的高度變大C．把霍爾元件沿z方向的長(zhǎng)度變大D．把霍爾元件沿y方向的高度變小解題指導(dǎo)物理情境利用霍爾元件制作的位移傳感器解決問題兩塊磁性強(qiáng)弱相同、同名磁極相對(duì)放置的磁體正中間，以中間位置為坐標(biāo)原點(diǎn)建立如圖乙所示的空間坐標(biāo)系。沿x軸方向移動(dòng)到不同位置時(shí)，磁感應(yīng)強(qiáng)度不同，產(chǎn)生不同的霍爾電壓U，通過測(cè)量電壓U就可以知道位移x關(guān)聯(lián)知識(shí)磁場(chǎng)的疊加，霍爾元件，電流微觀表達(dá)式與情境結(jié)合磁場(chǎng)疊加后，沿x軸方向磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B＝kx，霍爾效應(yīng)eeq\f(U,d)＝evB，結(jié)合I＝neSv＝nedlv，得傳感器靈敏度eq\f(ΔU,Δx)表達(dá)式，得出結(jié)論答案A解析設(shè)霍爾元件沿y軸方向的高度為d，沿x軸方向的厚度為l，電流的微觀表達(dá)式為I＝neSv＝nedlv，得v＝eq\f(I,nedl)，自由電荷受洛倫茲力和電場(chǎng)力平衡，eeq\f(U,d)＝evB得U＝dvB，由磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B＝kx，得k＝eq\f(ΔB,Δx)，由eq\f(ΔU,Δx)＝eq\f(dvΔB,Δx)＝dkeq\f(I,nedl)＝eq\f(kI,nel)可知，要使該傳感器的靈敏度變大，應(yīng)把霍爾元件沿x方向的厚度l變小，故選A。例5(2022·天津卷·10)冰壺是冬季奧運(yùn)會(huì)上非常受歡迎的體育項(xiàng)目。如圖所示，運(yùn)動(dòng)員在水平冰面上將冰壺A推到M點(diǎn)放手，此時(shí)A的速度v0＝2m/s，勻減速滑行x1＝16.8m到達(dá)N點(diǎn)時(shí)，隊(duì)友用毛刷開始擦A運(yùn)動(dòng)前方的冰面，使A與NP間冰面的動(dòng)摩擦因數(shù)減小，A繼續(xù)勻減速滑行x2＝3.5m，與靜止在P點(diǎn)的冰壺B發(fā)生正碰，碰后瞬間A、B的速度分別為vA＝0.05m/s和vB＝0.55m/s。已知A、B質(zhì)量相同，A與MN間冰面的動(dòng)摩擦因數(shù)μ1＝0.01，重力加速度g取10m/s2，運(yùn)動(dòng)過程中兩冰壺均視為質(zhì)點(diǎn)，A、B碰撞時(shí)間極短。求冰壺A(1)在N點(diǎn)的速度v1的大??；(2)與NP間冰面的動(dòng)摩擦因數(shù)μ2。解題指導(dǎo)物理情境體育賽事中的冰壺比賽解決問題求冰壺A在N點(diǎn)的速度v1的大小，與NP間冰面的動(dòng)摩擦因數(shù)μ2關(guān)聯(lián)知識(shí)牛頓運(yùn)動(dòng)定律，動(dòng)量守恒定律，動(dòng)能定理與情境結(jié)合以體育賽事為情境，冰壺A推到M點(diǎn)放手，此時(shí)A的速度v0＝2m/s，勻減速滑行x1＝16.8m到達(dá)N點(diǎn)，冰壺A做勻減速直線運(yùn)動(dòng)，可用牛頓運(yùn)動(dòng)定律或動(dòng)能定理；到達(dá)N點(diǎn)時(shí)，隊(duì)友用毛刷開始擦A運(yùn)動(dòng)前方的冰面，使A與NP間冰面的動(dòng)摩擦因數(shù)減小，A繼續(xù)勻減速滑行x2＝3.5m，碰后瞬間A、B的速度分別為vA＝0.05m/s和vB＝0.55m/s，碰撞遵循動(dòng)量守恒定律，NP段可用牛頓運(yùn)動(dòng)定律或動(dòng)能定理答案(1)0.8m/s(2)0.004解析(1)設(shè)冰壺質(zhì)量為m，A受到冰面的支持力為FN，由豎直方向受力平衡，有FN＝mg設(shè)A在MN間受到的滑動(dòng)摩擦力為Ff，則有Ff＝μ1FN設(shè)A在MN間的加速度大小為a，由牛頓第二定律可得Ff＝ma解得a＝μ1g＝0.1m/s2由速度與位移的關(guān)系式，有v12－v02＝－2ax1代入數(shù)據(jù)解得v1＝0.8m/s(2)設(shè)碰撞前瞬間A的速度為v2，由動(dòng)量守恒定律可得mv2＝mvA＋mvB解得v2＝0.6m/s設(shè)A在NP間受到的滑動(dòng)摩擦力為Ff′，則有Ff′＝μ2mg由動(dòng)能定理可得－Ff′·x2＝eq\f(1,2)mv22－eq\f(1,2)mv12解得μ2＝0.004。例6(2023·浙江1月選考·17)某探究小組設(shè)計(jì)了一個(gè)報(bào)警裝置，其原理如圖所示。在豎直放置的圓柱形容器內(nèi)用面積S＝100cm2、質(zhì)量m＝1kg的活塞密封一定質(zhì)量的理想氣體，活塞能無摩擦滑動(dòng)。開始時(shí)氣體處于溫度TA＝300K、活塞與容器底的距離h0＝30cm的狀態(tài)A。環(huán)境溫度升高時(shí)容器內(nèi)氣體被加熱，活塞緩慢上升d＝3cm恰好到達(dá)容器內(nèi)的卡口處，此時(shí)氣體達(dá)到狀態(tài)B?；钊３植粍?dòng)，氣體被繼續(xù)加熱至溫度TC＝363K的狀態(tài)C時(shí)觸動(dòng)報(bào)警器。s2，求氣體(1)在狀態(tài)B的溫度；(2)在狀態(tài)C的壓強(qiáng)；(3)由狀態(tài)A到狀態(tài)C過程中從外界吸收熱量Q。解題指導(dǎo)物理情境探究小組設(shè)計(jì)了一個(gè)溫度報(bào)警裝置解決問題達(dá)到預(yù)設(shè)溫度報(bào)警裝置報(bào)警關(guān)聯(lián)知識(shí)查理定理，蓋—呂薩克定律，熱力學(xué)第一定律與情境結(jié)合活塞能無摩擦滑動(dòng)，活塞緩慢上升d＝3cm恰好到達(dá)容器內(nèi)的卡口處，此時(shí)氣體達(dá)到狀態(tài)B，經(jīng)歷什么過程；活塞保持不動(dòng)，氣體被繼續(xù)加熱至溫度TC＝363K的狀態(tài)C時(shí)觸動(dòng)報(bào)警器，經(jīng)歷什么過程；從狀態(tài)A到狀態(tài)C的過程中氣體內(nèi)能增加了ΔU＝158J，求由狀態(tài)A到狀態(tài)C過程中從外界吸收熱量Q，考慮熱力學(xué)第一定律，氣體對(duì)外做功情況答案(1)330K(2)1.1×105Pa(3)188J解析(1)根據(jù)題意可知，氣體由狀態(tài)A變化到狀態(tài)B的過程中，封閉氣體的壓強(qiáng)不變，則有eq\