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)、體育運動、科技，無情境不命題。我們分析物理情境題時，可以從以下幾個方面進行研究分析。1．仔細讀題，構(gòu)建物理模型明確題中所給的物理情境要解決的問題，仔細分析該情境描述的研究對象。經(jīng)歷了什么過程？受哪些作用力？分析運動性質(zhì)，遵循哪些規(guī)律？將此問題和學(xué)過的知識相關(guān)聯(lián)，在大腦中調(diào)出所學(xué)過的關(guān)于這個問題所涉及的物理知識。2．挖掘破題關(guān)鍵解決實際問題，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動。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算關(guān)聯(lián)知識共點力的平衡與情境結(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動，處于平衡狀態(tài)，受力分析，求摩擦力答案B解析對擦窗工具進行受力分析如圖所示，擦窗工具做勻速直線運動，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庫搬到四樓樓梯口M處，再用100s沿廊道運送到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處沿圓形廊道運動到N處，位移大小為78.5mD．從M處沿圓形廊道運動到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庫搬到四樓樓梯口M處，再用100s沿廊道運送到N處，位移、做功等問題關(guān)聯(lián)知識位移，平均速率公式，恒力做功的計算與情境結(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度為位移大小，在此過程中的路程和時間之比計算平均速率答案A解析該物資從二樓地面被運送到四樓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錯誤；從M處沿圓形廊道運動到N處，位移大小為50m，故C錯誤；從M處沿圓形廊道運動到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錯誤。例3(2023·江蘇南京市檢測)國產(chǎn)科幻大片《流浪地球2》中的“太空電梯”給觀眾帶來了強烈的視覺震撼。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，纜繩相對地面靜止，箱體可以沿纜繩將人和貨物從地面運送到空間站。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，配重將做向心運動解題指導(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，纜繩相對地面靜止，利用箱體可以沿纜繩將人和貨物從地面運送到空間站關(guān)聯(lián)知識圓周運動線速度與角速度關(guān)系，圓周運動動力學(xué)分析，向心運動、離心運動與情境結(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送到空間站，纜繩對箱體提供向上拉力，對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動，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動的向心力，因此配重會做離心運動，D錯誤。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弱相同、同名磁極相對放置的磁體正中間，以中間位置為坐標(biāo)原點建立如圖乙所示的空間坐標(biāo)系。當(dāng)霍爾元件沿x軸方向移動到不同位置時，將產(chǎn)生不同的霍爾電壓U，通過測量電壓U就可以知道位移x。已知沿x軸方向磁感應(yīng)強度大小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弱相同、同名磁極相對放置的磁體正中間，以中間位置為坐標(biāo)原點建立如圖乙所示的空間坐標(biāo)系。沿x軸方向移動到不同位置時，磁感應(yīng)強度不同，產(chǎn)生不同的霍爾電壓U，通過測量電壓U就可以知道位移x關(guān)聯(lián)知識磁場的疊加，霍爾元件，電流微觀表達式與情境結(jié)合磁場疊加后，沿x軸方向磁感應(yīng)強度大小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，電流的微觀表達式為I＝neSv＝nedlv，得v＝eq\f(I,nedl)，自由電荷受洛倫茲力和電場力平衡，eeq\f(U,d)＝evB得U＝dvB，由磁感應(yīng)強度大小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)冰壺是冬季奧運會上非常受歡迎的體育項目。如圖所示，運動員在水平冰面上將冰壺A推到M點放手，此時A的速度v0＝2m/s，勻減速滑行x1＝16.8m到達N點時，隊友用毛刷開始擦A運動前方的冰面，使A與NP間冰面的動摩擦因數(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間冰面的動摩擦因數(shù)μ1＝0.01，重力加速度g取10m/s2，運動過程中兩冰壺均視為質(zhì)點，A、B碰撞時間極短。求冰壺A(1)在N點的速度v1的大小；(2)與NP間冰面的動摩擦因數(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點的速度v1的大小，與NP間冰面的動摩擦因數(shù)μ2關(guān)聯(lián)知識牛頓運動定律，動量守恒定律，動能定理與情境結(jié)合以體育賽事為情境，冰壺A推到M點放手，此時A的速度v0＝2m/s，勻減速滑行x1＝16.8m到達N點，冰壺A做勻減速直線運動，可用牛頓運動定律或動能定理；到達N點時，隊友用毛刷開始擦A運動前方的冰面，使A與NP間冰面的動摩擦因數(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，碰撞遵循動量守恒定律，NP段可用牛頓運動定律或動能定理答案(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間受到的滑動摩擦力為Ff′，則有Ff′＝μ2mg由動能定理可得－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)計了一個報警裝置，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。開始時氣體處于溫度TA＝300K、活塞與容器底的距離h0＝30cm的狀態(tài)A。環(huán)境溫度升高時容器內(nèi)氣體被加熱，活塞緩慢上升d＝3cm恰好到達容器內(nèi)的卡口處，此時氣體達到狀態(tài)B。活塞保持不動，氣體被繼續(xù)加熱至溫度TC＝363K的狀態(tài)C時觸動報警器。s2，求氣體(1)在狀態(tài)B的溫度；(2)在狀態(tài)C的壓強；(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)計了一個溫度報警裝置解決問題達到預(yù)設(shè)溫度報警裝置報警關(guān)聯(lián)知識查理定理，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，活塞緩慢上升d＝3cm恰好到達容器內(nèi)的卡口處，此時氣體達到狀態(tài)B，經(jīng)歷什么過程；活塞保持不動，氣體被繼續(xù)加熱至溫度TC＝363K的狀態(tài)C時觸動報警器，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，封閉氣體的壓強不變，則有eq\