1.夯实基础 创造辉煌——2023年高考河北卷物理评析及备考建议-《中学生数理化》高考理化2024年3月刊

■河北安国中学 杜占英 与2022年相比,2023年高考河北卷物 理试题对思维能力的考查难度略有降低,运 算量也稍有减少,更注重考查主干知识,无偏 题、难题、怪题。2023年高考河北卷物理试 题考查的知识点:能级跃迁、薄膜干涉、潮汐 (万有引力)、三力平衡、冲量(跳高)、变压器、 电场(四个带电小球)、机械能、单摆、测量金 属丝的电阻率、理想气体实验定律等。2023 年高考河北卷物理试题的目标导向:落实立 德树人,衔接高中课程标准,注重深化基础, 突出思维考查,引导学生夯实知识基础,发展 物理学科核心素养。下面选取第15题进行 深度剖析,展现试题特点,启发备考方向。 例题 如图1所示,质量为1 kg的薄 木板静置于光滑水平地面上,半径为0.75 m 的竖直光滑圆弧轨道固定在地面上,轨道底 端与木板等高,轨道上端点和圆心连线与水 平面成37°角。质量为2 kg的小物块 A 以 8 m/s的初速度从木板左端水平向右滑行, 物块A 与木板间的动摩擦因数为0.5。当物 块A 到达木板右端时,木板恰好与轨道底端 相碰并被锁定,同时物块A 沿圆弧切线方向 滑上轨道。待物块A 离开轨道后,可随时解 除木板锁定,解除锁定时木板的速度与碰撞 前瞬间的速度大小相等、方向相反。已知木 板的长度为1.3 m,取g=10 m/s2,10= 3.16,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8。 图1 (1)求木板与轨道底端碰撞前瞬间,物块 A 和木板的速度大小。 (2)求物块A 到达圆弧轨道最高点时受 到轨道的弹力大小及离开轨道后距地面的最 大高度。 (3)物块A 运动到最大高度时会炸裂成 质量比为1∶3的物块B 和C,总质量不变, 同时系统动能增加3 J,其中一块沿原速度方 向运动。为保证物块B、C 之一落在木板上, 求从物块A 离开轨道到解除木板锁定的时 间范围。 思路分析:题述运动过程可以分为五个 子过程。过程1是物块A 在木板上滑行,注 意木板是放在光滑水平面上的,最终物块A 滑出了木板,这是典型的“滑块—木板”模型, 对于(1)问,可以应用动量和能量的方法求 解,也可以应用牛顿第二定律和匀变速运动 规律求解,还可以在同一个坐标系中画出物 块A 和木板的v-t图像,应用图像法求解。 过程2是物块 A 在竖直光滑圆弧轨道上运 动,这是典型的圆周运动模型,可以先应用动 能定理(机械能守恒定律)解得物块 A 到达 圆弧轨道最高点时的速度,再应用向心力公 式解得轨道对物块 A 的弹力。过程3是物 块A 做斜上抛运动至最高点,可反向视为物 块A 做平抛运动,先应用平抛运动规律和矢 量的合成与分解求出物块A 的上升高度,再 结合几何关系求出物块 A 离开轨道后距地 面的最大高度。过程4是在最高点物块 A 炸裂成物块B 和C,根据物块A 爆炸前后的 瞬时速度都沿水平方向,列出动量守恒方程 和功能关系式,可以求出爆炸前后各物块的 瞬时速度,注意在此过程中系统的动能增加 量。过程5是爆炸后,物块B 和C 均做平抛 运动,解除木板锁定时木板的速度与碰撞前 瞬间的速度大小相等、方向相反,在此过程中 要求物块B、C 之一落在木板上,这类似于追 及问题,需要分物块B 或C 落在木板的左端 或右端多种情况进行讨论,解得从物块A 离 3 知识篇 高考真题之赏析 高考理化 2024年3月 开轨道到解除木板锁定的时间范围。 解析:(1)设物块A 的质量为m1,木板的 质量为m2,物块A 的初速度为v0,木板的长 度为L,物块A 与木板间的动摩擦因数为μ, 物块A 运动到木板最右端时,物块A 和木板 的速度大小分别为v1、v2。 方法1:根据动量守恒定律得 m1v0= m1v1+m2v2,根 据 功 能 关 系 得 1 2m1v 2 0- 1 2m1v 2 1+ 1 2m2v 2 2 =μm1gL,解 得 v1 = 7 m/s,v2=2 m/s。 方法2:设物块A 在木板上滑动所用的 时间为t0,物块A 与木板的加速度大小分别 为a1=μg=5 m/s2,a2= μm1g m2 =10 m/s2,根 据位移关系得L= v0t0- 1 2a1t 2 0 -12a2t20, 根据速度公式得v1=v0-a1t0,v2=a2t0,解 得t0=0.2 s,v1=7 m/s,v2=2 m/s。 方法3:物块A 相对木板的初速度v0相= 8 m/s,物 块 A 相 对 木 板 的 加 速 度a相 = 15 m/s2,根 据 位 移 关 系 得 L =v0相 t0 - 1 2a相t 2 0,根据速度公式得v1=v0-a1t0,v2= a2t0,解得t0=0.2 s