浙江高考“STS”物理试题赏析

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2013年浙江理综物理试题的命题指导思想符合选拔性考试的规律和要求，体现普通高中新课程理念，反映物理课程标准的整体要求，着重考查考生的基础知识、基本能力、科学素养、实践能力、创新意识和运用所学知识分析、解决问题的能力.其中一个很显著的特点是：特别重视与自然、社会问题的联系，以较多的题量、较大的分值考查了“STS” 思想.“STS”是Science Technology Society的缩写，即科学、技术、社会的含义；它主张在科学教育中应该强调科学、技术与社会的关系，以及科学技术在社会生产、生活中的应用.卷面上出现的“STS”试题以日常生活与现代科技应用为背景，通过叙述实际物理情景和设问，要求考生通过分析，从实际物理情景中抽象出物理模型，再从物理模型中分析其中的物理规律、各物理量的变化及相互之间的关系.试题情境设计注重加强物理与生活、现代社会的联系，关注科学技术与社会、经济发展的联系，注重物理知识在生产、生活等方面的广泛应用，其特点为选材灵活、形态复杂、立意新颖，对考生的理解能力，推理能力，综合分析应用能力，尤其是从背景材料中抽象、概括构建物理模型的能力要求较高，是应考的难点.

例1 (2013年浙江理综) 磁卡的磁条中有用于存储信息的磁极方向不同的磁化区，刷卡器中有检测线圈.当以速度v0刷卡时，在线圈中产生感应电动势.其E-t关系如图1所示.如果只将刷卡速度改为v0/2，线圈中的E-t关系可能是( )

解析：由法拉第电磁感应定律可知，感应电动势大小与磁通量变化率成正比，刷卡速度减半后，磁通量变化率减小，感应电动势变化的频率也减小，应选(D).此题考查学生对基本定律的理解能力.

例2 (2013年浙江理综)在半导体离子注入工艺中，初速度可忽略的离子P+和P3+，经电压为U的电场加速后，垂直进入磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向里，有一定的宽度的匀强磁场区域，如图3所示.已知离子P+在磁场中转过θ=30°后从磁场右边界射出.在电场和磁场中运动时，离子P+和P3+( )

(A) 在电场中的加速度之比为1∶1

(B) 在磁场中运动的半径之比为3∶1

(C) 在磁场中转过的角度之比为1∶2

(D) 离开电场区域时的动能之比为1∶3

解析：根据qU=1 2mv2，认为两种粒子的质量近似相等，可得，粒子进入磁场时，动能之比为

1∶3，

v1∶v2=q1∶q2=1∶3

，在磁场中做圆周运动的加速度a=v2 R,轨道半径

R=mv Bq，可得半径之比为3∶1；加速度之比为:1∶33；由几何关系知，P3+在磁场转过60°,带电粒子在磁场中速度不变，离开电场区域时的动能之比为1∶3.

例3 (2013年浙江理综题) “电子能量分析器”主要由处于真空中的电子偏转器和探测板组成.偏转器是由两个相互绝缘、半径分别为RA和RB的同心金属半球面A和B构成，A、B为电势值不等的等势面，其过球心的截面如图4所示.一束电荷量为e、质量为m的电子以不同的动能从偏转器左端M的正中间小孔垂直入射，进入偏转电场区域，最后到达偏转器右端的探测板N，其中动能为Ek0的电子沿等势面C做匀速圆周运动到达N板的正中间.忽略电场的边缘效应.

（1）判断球面A、B的电势高低，并说明理由；

（2）求等势面C所在处电场强度E的大小；

（3）若半球面A、B和等势面C的电势分别为φA、φB和φC，则到达N板左、右边缘处的电子，经过偏转电场前、后的动能改变量ΔEk左和ΔEk右分别为多少？

（4）比较|ΔEk左|和|ΔEk右|的大小，并说明理由.

解析：（1）电子（带负点）做圆周运动，电场力方向指向球心，电场方向从B指向A,B板电势高于A板.

（2）据题意，电子在电场力作用下做圆周运动，考虑到圆轨道上的电场强度E大小相同，有：eE=mv2 R,Ek0=1 2

mv2,R=RA+RB 2,

联立解得：

E=2Ek0 eR=

4Ek0 e(RA+RB).

(3)电子运动时只有电场力做功，根据动能定理，有Ek=qU.

对到达N板左边缘的电子，电场力做正功，动能增加，有Ek左=e

(φB-φC).

对到达N板右边缘的电子，电场力做负功，动能减小，有

ΔEk右=e(φA-φC)

(4)根据电场线特点，等势面B与C之间的电场强度大于C与A之间的电场强度，考虑到等势面间距相等，有|φB-φC|>|φA-φC|,

即|ΔEk左|>|ΔEk右|.

例4 (2013年浙江) 为了降低潜艇噪音，提高其前进速度，可用电磁推进器替代螺旋桨.潜艇下方有左、右两组推进器，每组由6个相同的、用绝缘材料制成的直线通道推进器构成，其原理示意图如图5.在直线通道内充满电阻率ρ=0.2 Ω•m的海水，通道中a×b×c=0.3 m×0.4 m×0.3 m的空间内，存在由超导线圈产生的匀强磁场，其磁感应强度B=6.4 T、方向垂直通道侧面向外.磁场区域上、下方各有a×b=0.3 m×0.4 m的金属板M、N，当其与推进器专用直流电源相连后，在两板之间的海水中产生了从N到M，大小恒为I=1.0×103 A的电流，设电流只存在于磁场区域.不计电源内阻及导线电阻，海水密度ρm=1.0×103 kg/m3.

（1）求一个直线通道推进器内磁场对通电海水的作用力大小，并判断其方向；

（2）在不改变潜艇结构的前提下，简述潜艇如何转弯？如何“倒车”？

（3）当潜艇以恒定速度v0=30 m/s前进时，海水在出口处相对于推进器的速度v=

34 m/s，思考专用直流电源所提供的电功率如何分配，求出相应功率的大小.

解析：（1）将通电海水看成导线，所受磁场力F=IBL，

代入数据得： F=IBc=1.0×103×6.4×0.3 N=1.92×103 N,

用左手定则判断磁场对海水作用力方向向右（或与海水出口方向相同）.

（2）考虑到潜艇下方有左、右2组推进器，可以开启或关闭不同个数的左右两侧的直线通道推进器，实施转弯.改变电流方向，或者磁场方向，可以改变海水所受磁场力的方向，根据牛顿第三定律，使潜艇“倒车”.

（3）电源提供的电功率中的第一部分：牵引功率P1=F牵v0.

根据牛顿第三定律： F牵=12IBL，

当v0=30 m/s时，

代入数据得：P1=F牵v0=12×1.92×103×30 W=6.9×105 W.

第二部分：海水的焦耳热功率

对单个直线推进器，根据电阻定律：R=ρL S.

代入数据得： R=ρc ab=0.2×0.3 0.3×0.4

Ω=0.5Ω.

由热功率公式，P=I2R,

代入数据得：P单=I2R=5.0×105 W,

P2=12×5.0×105 W=6.0×106 W.

第三部分：单位时间内海水动能的增加值

设Δt时间内喷出海水的质量为m,P3=12ΔEk Δt.

考虑到海水的初动能为零， ΔEk=Ek=1 2mv2水对地，m=ρmbcv水对地Δt,

P3=12ΔEk Δt=12×1 2

ρmbcv3水对地=4.6×104 W.

物理学科是一门自然学科，它与生产、生活以及科技的发展密切相关，强调理论联系实际，凸现STS精神，考查学生运用所学知识解决实际问题的水平和能力，是高考物理一贯重视的原则，尤其是近几年表现得更为突出.取材源于日常的生产、生活的，如：测量员利用回声测距离、啤酒瓶中CO2气体的状态变化、利用卷扬机从井中抽水；关于“估算整个地球表面的年平均降雨量”问题；透过门上的圆柱形玻璃观察门外情况的视场角问题；关于看到太阳从西边升起的条件等等.涉及现代科学前沿及高新科技的，如： “惯性制导系统中加速度计的构造原理”； “电磁流量计”问题；电视机显像管中的磁偏转技术； “利用电磁作用输送非导电液体装置”.解决这类问题关键是要建立相应的物理模型.

实际应用型命题不仅能考查考生分析问题和解决实际问题的能力，而且能检验考生的潜能和素质，有较好的区分度，有利于选拔人才.2013年高考题加大了对理论联系实际的考查，突出“学以致用”，充分体现了由知识立意向能力立意转变的高考命题方向.解决实际应用型题目的过程，实质是对复杂的实际问题的本质因素(如运动的实际物体，问题的条件，物体的运动过程等)加以抽象、概括，通过纯化简化，构建相关物理模型，依相应物理规律求解并还原为实际问题终结答案的过程.其解题思路为：首先，摄取背景信息，构建物理模型.实际题目中，错综的信息材料包含着复杂的物理因素，要求考生在获取信息的感性认识基础上，对题目信息加工提炼，通过抽象、概括、类比联想、启发迁移等创造性的思维活动，构建出相关的模型(如对象模型、条件模型和过程模型等）.其次，要弄清实际问题所蕴含的物理情景，挖掘实际问题中隐含的物理条件，化解物理过程层次，探明物理过程的中间状态，理顺物理过程中诸因素的相互依存，制约的关系，寻求物理过程所遵循的物理规律，据规律得出条件与结果间的关系方程，进而依常规步骤求解结果.

要提高复习的效果，就要研究近年来物理学科高考特点和考题，应以高考特点和考题做指导.近年来物理学科高考特点为稳中求变，体现课改方向；加大考查能力的力度，命题设计突出真实性和情境性；重视考查学生得出结论的过程；注重基础，突出主干，较好地处理主干知识与非主干知识考查的关系；以联系生活、生产实际、科学前沿为背景，关注科学发展现状，渗透科学研究方法；关注物理学的技术应用所带来的社会热点问题；“理论联系实际试题”多在知识与生活的交汇点设计试题，这些试题要求学生注重对事物整体结构、功能的认识，以及对事物变化发展过程的分析理解.其次，理论联系实际试题多以现实中的问题立意命题，这些试题大多综合社会的热点、焦点以及人类生活密切相关的话题，以强调人与自然、与社会协调发展的现代意识，这类试题需要学生积极主动地去关心国家、社会和全人类的发展，同时也有利于学生从死记硬背中解放出来，到社会中去学习，增设一些科普性的专题讲座，如“科技发展史与科技前沿”，“空间技术的开发与利用”，“环境与人类的发展”等等，以拓宽学生视野. 教师应彻底改变教师一讲到底的课堂模式，结合具体的教学目标和教学内容，学生的实际认知能力，实施以学生为主体的开放式教学，点燃学生探求知识的火花，激发他们的创造兴趣，教师需不断地“诱导、激励、点拨”，从而达到培养学生创新能力的目的.只有这样才能在高考中以不变应万变，在高考中才会取得好成绩.