高考物理:用負(fù)反饋、解決電磁感應(yīng)切割問(wèn)題及儀器處理
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物理高考大綱:會(huì)使用儀器處理問(wèn)題
物理《考試大綱》對(duì)學(xué)生的能力要求、考試的內(nèi)容范圍、題型示例均沒(méi)有做實(shí)質(zhì)性的變化,說(shuō)明2008年的高考將繼續(xù)保持穩(wěn)定.試題仍以中檔題為主,內(nèi)容仍以力學(xué)、電磁學(xué)等主干知識(shí)為主,熱學(xué)、光學(xué)、原子物理、機(jī)械波等以選擇題的形式出現(xiàn),試題突出理論聯(lián)系生產(chǎn)、生活實(shí)際和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù).通過(guò)對(duì)考試大綱中題型示例的分析,題目的數(shù)量和難度與去年持平.
從《考試大綱》以及《試題調(diào)研》第6輯對(duì)考綱的解讀來(lái)看,2008年高考將會(huì)重點(diǎn)突出以下幾點(diǎn):第一,突出對(duì)主要學(xué)科知識(shí)的考察,物理科高考以力學(xué)和電磁學(xué)為主,涉及這兩部分的試題會(huì)達(dá)到80%以上,當(dāng)然也不能完全排除主干知識(shí)中的非熱點(diǎn)問(wèn)題的出現(xiàn)可能性;第二,對(duì)于提取信息能力的考察力度有所加強(qiáng),如圖像、圖表、數(shù)據(jù)列表形式的題目的比重逐年增加;第三,突出對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新能力的考查,一些聯(lián)系實(shí)際的應(yīng)用題和信息題的比重會(huì)加大.
高考物理試題會(huì)具有以下特點(diǎn):(1)凸現(xiàn)新課程理念,從而體現(xiàn)高考改革對(duì)新課程改革的支持與推動(dòng)作用;(2)繼續(xù)加大考查能力力度,命題設(shè)計(jì)將突出真實(shí)性和情景性;(3)重視考查學(xué)生得出結(jié)論的過(guò)程;(4)強(qiáng)調(diào)人文關(guān)懷,較好地處理主干知識(shí)與非主干知識(shí)考查的關(guān)系;(5)以聯(lián)系生活、生產(chǎn)實(shí)際、科學(xué)前沿為背景,關(guān)注科學(xué)發(fā)展現(xiàn)狀,滲透科學(xué)研究方法;(6)關(guān)注物理學(xué)的技術(shù)應(yīng)用所帶來(lái)的社會(huì)熱點(diǎn)問(wèn)題;(7)實(shí)驗(yàn)試題強(qiáng)調(diào)設(shè)計(jì)和探究能力,實(shí)驗(yàn)題命題重視課本上的實(shí)驗(yàn),但不是簡(jiǎn)單地照抄課本上的實(shí)驗(yàn),而是對(duì)原實(shí)驗(yàn)給予改造、改進(jìn)和創(chuàng)新,考查學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和探究能力.
實(shí)驗(yàn)在高考中占據(jù)較大分量,這里簡(jiǎn)單的就高考對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ囊笞鲆粋€(gè)簡(jiǎn)單的解讀,希望對(duì)考生有所幫助。
考綱要求:能獨(dú)立完成“知識(shí)內(nèi)容表”中所列的實(shí)驗(yàn),能明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康模芾斫鈱?shí)驗(yàn)原理和方法,能控制實(shí)驗(yàn)條件,會(huì)使用儀器,會(huì)觀察、分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,會(huì)記錄、處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),并得出結(jié)論;能靈活地運(yùn)用已學(xué)過(guò)的物理理論、實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)儀器去處理問(wèn)題.
能力解讀:
對(duì)高中階段要求會(huì)做的分組實(shí)驗(yàn),必須獨(dú)立地、認(rèn)真地、帶有研究性地做過(guò),在做實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中必須清楚地理解實(shí)驗(yàn)的原理、思想和方法;熟悉并掌握實(shí)驗(yàn)儀器的工作原理、使用方法;要知道某些實(shí)驗(yàn)中可能存在的系統(tǒng)誤差和消除系統(tǒng)誤差的方法;要知道某些實(shí)驗(yàn)中誤差的主要來(lái)源,會(huì)采用多次測(cè)量求平均值的方法減少偶然誤差;會(huì)記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并得出結(jié)果.
(1)應(yīng)獨(dú)立、認(rèn)真地完成規(guī)定地各實(shí)驗(yàn),因?yàn)樽约赫J(rèn)真做實(shí)驗(yàn)與看別人做實(shí)驗(yàn)和聽(tīng)別人講實(shí)驗(yàn)所得到的感受和經(jīng)驗(yàn)是不同的.盡管高考只能以筆試的方式考查考生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?,但高考中的?shí)驗(yàn)題,還是非常注意盡可能區(qū)分哪些考生是認(rèn)真做過(guò)實(shí)驗(yàn)的,哪些考生是沒(méi)有認(rèn)真做過(guò)的.
(2)能靈活地運(yùn)用學(xué)過(guò)地理論、實(shí)驗(yàn)方法、儀器去處理、分析、研究某些未做過(guò)的實(shí)驗(yàn),包括設(shè)計(jì)某些比較簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn).另外,已經(jīng)學(xué)過(guò)的演示實(shí)驗(yàn),也屬于實(shí)驗(yàn)考查的一部分要求,要通過(guò)演示實(shí)驗(yàn)仔細(xì)觀察現(xiàn)象和產(chǎn)生該現(xiàn)象的條件、環(huán)境,對(duì)觀察到的現(xiàn)象進(jìn)行思索,發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,提出問(wèn)題.
(3)不僅要掌握已做過(guò)的那些實(shí)驗(yàn),而且能靈活地運(yùn)用學(xué)過(guò)的理論、實(shí)驗(yàn)方法和儀器去處理其他的實(shí)驗(yàn),當(dāng)然這應(yīng)是一些比較簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn).這方面的例題很多,特別是近幾年的實(shí)驗(yàn)考題,明顯地加強(qiáng)了這種能力的考核.實(shí)質(zhì)上是考查考生在學(xué)過(guò)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上的“獨(dú)立思考能力”、“靈活運(yùn)用能力”.
考查特點(diǎn):注重基本實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ目疾?實(shí)驗(yàn)儀器及裝置的識(shí)別;實(shí)驗(yàn)條件的控制;處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和有效數(shù)字的能力;減少實(shí)驗(yàn)誤差的方法.這種考查主要是把誤差分析放在設(shè)計(jì)中或語(yǔ)言表述中,而不是要求計(jì)算相對(duì)誤差,絕對(duì)誤差;實(shí)驗(yàn)原理的簡(jiǎn)單理解.設(shè)計(jì)原理圖裝置圖、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案包括實(shí)驗(yàn)步驟.設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰@個(gè)是近年重點(diǎn)考查對(duì)象,與課程改革趨勢(shì)強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新能力、實(shí)驗(yàn)解決實(shí)際問(wèn)題能力、靈活運(yùn)用實(shí)驗(yàn)方法能力是一致的.
【樣例5】置于空氣中的一不透明容器中盛滿某種透明液體。容器底部靠近器壁處有一豎直放置的6.0cm長(zhǎng)的線光源。靠近線光源一側(cè)的液面上蓋有一遮光板,另一側(cè)有一水平放置的與液面等高的望遠(yuǎn)鏡,用來(lái)觀察線光源。開(kāi)始時(shí)通過(guò)望遠(yuǎn)鏡不能看到線光源的任何一部分。將一光源沿容器底向望遠(yuǎn)鏡一側(cè)平移至某處時(shí),通過(guò)望遠(yuǎn)鏡剛好可能看到線光源底端。再將線光源沿同一方向移動(dòng)8.0cm,剛好可以看到其頂端。求此液體的折射率.
【答案】n=1.3
【能力分析】本題要求考生能靈活地運(yùn)用學(xué)過(guò)的測(cè)定固體材料折射率的實(shí)驗(yàn)理論、實(shí)驗(yàn)方法和儀器去處理測(cè)定某種透明液體折射率的實(shí)驗(yàn).重在考查考生能從具體的、個(gè)別的實(shí)驗(yàn)中悟出某些共性的東西,可以把它們遷移到別處,用它們來(lái)解決沒(méi)有做過(guò)的實(shí)驗(yàn)中的某些問(wèn)題的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?
在《考試大綱》中,雖然把目前要考查和可能考核的能力列出幾個(gè)方面,其實(shí)這些能力都是密切結(jié)合在一起不可分割的,分列出的目的只是為了使考生了解得具體一些.實(shí)際上,求解每道物理試題常常需要各方面的能力,不能說(shuō)某道試題只考查某一種能力,而且對(duì)能力的考查是離不開(kāi)具體知識(shí)的.通常,每道試題既考查了考生對(duì)具體知識(shí)的掌握程度,又考核了考生某些能力的高低.
高考物理:用負(fù)反饋、解決電磁感應(yīng)切割問(wèn)題
電磁感應(yīng)的計(jì)算主要分為兩大類(lèi),一類(lèi)為通過(guò)磁通量的改變來(lái)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),這種方法主要應(yīng)用公式E=-,求得的一般是平均電動(dòng)勢(shì);另一類(lèi)即為導(dǎo)體桿切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E=BvL的問(wèn)題,我主要闡述導(dǎo)體桿切割磁感線這類(lèi)問(wèn)題。這類(lèi)問(wèn)題的解題思路通常是運(yùn)用負(fù)反饋原理:運(yùn)動(dòng)——產(chǎn)生電流從而產(chǎn)生安培力——阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)——達(dá)到最終狀態(tài)。
講解感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的問(wèn)題首先要明確:在電路中如果有兩個(gè)電源,并且這兩個(gè)電源是互相削弱的關(guān)系時(shí),需考慮哪個(gè)電源電壓較大,即回路中的電流方向與電壓較大的電源電流同向。
一、首先介紹一種簡(jiǎn)單情況:導(dǎo)體桿在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)切割的問(wèn)題。
思路:由于法拉第電磁感應(yīng)定律ε=Blv適用于導(dǎo)體平動(dòng)且速度方向垂直于磁感線方向的特殊情況。將轉(zhuǎn)動(dòng)問(wèn)題轉(zhuǎn)化為平動(dòng)作等效處理。因?yàn)関=ωl,可以用導(dǎo)體中點(diǎn)的速度的平動(dòng)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)等效于導(dǎo)體桿轉(zhuǎn)動(dòng)切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。這里的等效是指產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)相同,其前提是線速度與角速度和半徑成正比。
例1-1、如圖11-12所示,長(zhǎng)為6m的導(dǎo)體AB在磁感強(qiáng)度B=0.IT的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,以AB上的一點(diǎn)O為軸,沿著順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。角速度ω=5rad/s,O點(diǎn)距A端為2m,求AB的電勢(shì)差。
解析:v中BO=-=-①
BO=B·BO·v中BO=4(V)②
UBO=UB-U0=BO=4(V)③
同理,v中BO=-=-
AO=B·AO·v中AO=1(V)
UAO=UA-U0=AO=1(V)
UAB=UA-UB=(UA-UO)-(UB-UO)
UAB=UAO-UBO=1-4=-3(V)
(完畢)
例1-2、一直升飛機(jī)停在南半球的地磁極上空。該處地磁場(chǎng)的方向豎直向上,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。直升飛機(jī)螺旋槳葉片的長(zhǎng)度為l,螺旋槳轉(zhuǎn)動(dòng)的頻率為f,順著地磁場(chǎng)的方向看螺旋槳,螺旋槳按順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)。螺旋槳葉片的近軸端為a,遠(yuǎn)軸端為b,如圖所示。如果忽略a到轉(zhuǎn)軸中心線的距離,用ε表示每個(gè)葉片中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),則
A.=fl2B,且a點(diǎn)電勢(shì)低于b點(diǎn)電勢(shì)
B.=-2fl2B,且a點(diǎn)電勢(shì)低于b點(diǎn)電勢(shì)
C.=fl2B,且a點(diǎn)電勢(shì)高于b點(diǎn)電勢(shì)
D.=-2fl2B,且a點(diǎn)電勢(shì)高于b點(diǎn)電勢(shì)
解析:對(duì)于螺旋槳葉片ab,其切割磁感線的速度是其做圓周運(yùn)動(dòng)的線速度,螺旋槳不同的點(diǎn)線速度不同,但滿足v=R,可求其等效切割速度v=-=fl,運(yùn)用法拉第電磁感應(yīng)定律=Blv=fl2B;由右手定則判斷電流的方向?yàn)橛蒩指向b,在電源內(nèi)部電流由負(fù)極流向正極,所以a點(diǎn)電勢(shì)低于b點(diǎn)電勢(shì)。