2023年高考湖南卷物理试题，挖呀挖呀挖-《中学生数理化》高考理化2023年11月刊

■湖南省汨罗市一中 蒋 纬 一、在生活情境的考题里,挖呀挖呀挖 情境类试题以其立意新颖、构思巧妙、可 读性强、密切联系生活实际,而被命题专家所 青睐;以其涉及知识理解、过程解读、模型转 化、方法处理、情感及价值的全方位考查,而 成为高考命题的热点。 例 1 (第13题)汽车刹车助力装置能 有效为驾驶员刹车省力,如图1所示,刹车助 力装置可简化为助力气室和抽气气室等部分 构成,连杆AB 与助力活塞固定为一体,驾驶 员踩刹车时,在连杆AB 上施加水平推力推 动液压泵实现刹车。助力气室与抽气气室用 细管连接,通过抽气降低助力气室压强,利用 大气压与助力气室的压强差实现刹车助力。 每次抽气时,阀门 K1 打开,K2 闭合,抽气活 塞在外力作用下从抽气气室最下端向上运 动,助力气室中的气体充满抽气气室,达到两 气室压强相等,然后阀门 K1 闭合,K2 打开, 抽气活塞向下运动,抽气气室中的全部气体 从阀门K2 排出,完成一次抽气过程。已知助 力气室容积为V0,初始压强等于外界大气压 强p0,助力活塞横截面积为S,抽气气室的容 积为V1。假设抽气过程中,助力活塞保持不 动,气体可视为理想气体,温度保持不变。 图1 (1)求第1次抽气之后助力气室内的压 强p1。 (2)第n次抽气之后,求该刹车助力装置 为驾驶员省力的大小ΔF。 解析:抛开“汽车刹车助力装置”这一陌 生的信息,通过相似性联系,抓住主要信息进 行比较和分析,即可找到解题的正确方法。 (1)问与我们平时训练中遇到的抽气问题类 似,(2)问与我们平时训练中遇到的活塞受力 平衡问题类似。 (1)以助力气室内的气体为研究对象,其 初态压强为p0,体积为V0,第1次抽气之后, 气体体积V=V0+V1,根据玻意耳定律得 p0V0=p1V,解得p1= p0V0 V0+V1 。 (2)第2次抽气之后有p1V0=p2V,解得 p2= p1V0 V0+V1 = V0 V0+V1 2 p0。以此类推,第 n次抽气之后助力气室内的气体压强pn= V0 V0+V1 n p0。对助力活塞进行受力分析,根 据平衡条件可得,初态下有F0=p0S,第n次 抽气之后有Fn=pnS,则刹车助力装置为驾 驶员省力的大小ΔF=F0-Fn,解得ΔF= 1- V0 V0+V1 n p0S。 深挖感悟:实际上,很多情境类试题并不 是很难,而是考生被新的信息所吓住,以至思 维被钳制,思路混乱。在生活情境的考题里, 挖呀挖呀挖,通过相似联系和比较,将陌生信 息转化为熟悉的物理模型,就能合理解决它。 二、在物理模型的构建里,挖呀挖呀挖 物理模型是在研究和解决物理问题时, 舍弃次要因素,抓住主要因素而建立的概念 模型。构建物理模型是求解信息类试题的重 要环节。 例 2 (第6题)如图2所示,真空中有 区域Ⅰ和Ⅱ,区域Ⅰ中存在匀强电场和匀强 磁场,电场方向竖直向下(与纸面平行),磁场 方向垂直于纸面向里,等腰直角三角形CGF 区域(区域Ⅱ)内存在匀强磁场,磁场方向垂 直于纸面向外。图中A、C、O 三点在同一直 线上,AO 与GF 垂直,且与电场和磁场的方 向均垂直。A 点处的粒子源持续将比荷一定 但速率不同的粒子射入区域Ⅰ中,只有沿直 9 知识篇 高考真题之赏析 高考理化 2023年11月 线AC 运动的粒子才能进入区域Ⅱ。若区域 Ⅰ中电场强度大小为E,磁感应强度大小为 B1,区域Ⅱ中磁感应强度大小为B2,则粒子 从CF 的中点射出,它们在区域Ⅱ中运动的 时间为t0。若改变电场或磁场强弱,能进入 区域Ⅱ中的粒子在区域Ⅱ中运动的时间为t, 不计粒子的重力及粒子之间的相互作用,下 列说法中正确的是( )。 图2 A.若仅将区域Ⅰ中磁感应强度大小变 为2B1,则t>t0 B.若仅将区域Ⅰ中电场强度大小变为 2E,则t>t0 C.若仅将区域Ⅱ中磁感应强度大小变为 3 4B2 ,则t= t0 2 D.若仅将区域Ⅱ中磁感应强度大小变 为 2 4B2 ,则t= 2t0 解析:本题中涉及两个物理模型,模型1 是速度选择器,则qv0B1=qE,解得v0= E B1 ; 模型2是带电粒子在有界磁场中的偏转,当 粒子的运动轨迹半径r 很小时,粒子从CF 边射出,当r很大时,粒子从OF 边射出。粒 子沿直线AC 做直线运动,则qv0B1=qE;若 区域Ⅱ中磁感应强度大小为B2,粒子从CF 的中点射出,则粒子的运动轨迹所对的圆心 角为90°,根据qv0B2=m v20 r ,T= 2πr v0 ,t0= T 4 ,解得t0= πm 2qB2 。若仅将区域Ⅰ中磁感应 强度大小变为2B1,则粒子沿直线AC 运动时 有qvA·2B1=qE,解得vA= v0 2 ,根据qvB= m v2 r 可知,粒子的