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高考物理信息题的应对策略

来源:49.83.20.8 作者:admin5 2016/3/17 0:04:30

高考物理信息题的应对策略
信息题的命题形式是当前考试命题热点,它以最新科技动态或将物理史实作为知识的载体,考查学生提取信息、获取新知识,再运用新知识,解决实际问题的能力.
 一、信息题的特点
    1.高起点,低落点
    信息给予题的命题取材于重大的社会问题或科技信息——即立意高,而题给信息与中学基础知识密切相关,看似超纲,实则扣本——即落点低。
    2.情景新,知识活
    创设情景的题材一般是反映高科技脉搏的科技模型,富有时代气息,考生必须对新情景进行认真的分析、归纳,通过检索旧知识,吸纳新知识,探索出试题设问的实际问题与中学基础知识的相同点与相似点,从而将所学知识迁移到新情景中去。
    3.即时学,即时用
由于信息题创设的情景新,知识内容新,要求考生现学现用,迅速捕捉信息并且利用信息,这对考生自学能力及分析解决问题能力的考察更是淋漓尽致。
二、信息题的基本类型  
1.给予的信息是“新知型”
这类题目中给予的信息是全新的知识,并要求以此解决题目中给定的问题。
 2.给予的信息是“迁移型”
 这类题的题干以日常生活、生产及现代科技中的某个事件、问题为情景提供一些信息,让学生通过阅读、理解、思考与分析,从中筛选出相关的信息,把题干所涉及的实际问题,抽象为一种物理过程,并据此物理过程建立起相关的模型,然后应用题干相关信息解决问题。
三、信息给予题的求解方法
信息题建模策略从思维流程分析往往可包含以下几步:审题——排除次要因素——提取信息——确立理想化的研究对象和物理情境——应用所学物理知识——建立物理模型——寻找问题所满足的定量或定性规律.从科学思维方法分析往往是:通过联想、迁移、类比等方法再现学生知识发展过程中“物理模型建立的思维过程”,并结合信息重组、思维转化,进而建立切合题意的新模型.
1.根据提供的信息,提取物理情境发展的过程
物理过程的发展建立在物理情境的分析基础上,有些信息题情境新颖,但与中学教学内容联系紧密,规律性强;学生仔细检索信息,教师提示信息内容,并将研究问题的方法和思想寓于情境的建立和分析过程中,开展分析问题的思维活动,使学生能掌握分析物理过程、建立正确物理情境和模型的方法.
【例1】2OO4年1月25日,继“勇气”号之后,“机遇”号火星探测器再次成功登陆火星.在人类成功登陆火星之前,人类为了探测距离地球大约3.9×l05km的月球,也发射了一种类似四轮小车的月球探测器.它能够在自动导航系统的控制下行走,且每隔10 s向地球发射一次信号.探测器上还装着两个相同的减速器(其中一个是备用的),这种减速器可提供的最大加速度为5m/s2.某次探测器的自动导航系统出现故障,从而使控测器只能匀速前进而不再能自动避开障碍物.此时地球上的科学家必须对探测器进行人工遥控操作.下面为控制中心显示屏上的数据.
                  
    已知控制中心的信号发射与接收设备工作速度极快.科学家每次分析数据并输入命令最少需要3s.问:
(1)经过数据分析,你认为减速器是否执行了减速命令?
(2)假如你是控制中心的工作人员,应采取怎样的措施?加速度需满足什么条件?请计算说明.
【分析】该题以最新的科技动态为立意背景,物理过程隐含在所提供的的信息中,解决问题最大的困难在于该物体运动过程的揭示(月地间信号传输时间需1 s、输人命令需3 s,在此时间段内物体的运动均应保持原有特性),再现了“匀速运动、“匀变速运动”的建模过程.
【解答】(1)从前两次收到的信号可知:探测器速度Vl= ,从发射信号到探测器收到信号并执行命令的时刻为9:lO34.控制中心第三次收到的信号是探测器在9:1039发出的.
从后两次收到的信号可知探测器的速度为
可见,探测器速度未变,并未执行命令而减速,减速器出现故障.
(2)应启用另一个备用减速器.分析数据再经过3 s和1 s接收时间,探测器在9:1044 执行命令,此时距前方障碍物距离s=2 m.设定减速器加速度为a,则有s=  ,可得a≥1m/s2.即只要设定加速度a≥1 m/s2 ,便可使探测器不与障碍物相撞.
2.根据问题的启示,确定物理建模的对象
学生在遇到新模型时,往往感到无处下手,其思维障碍在于不善于把貌合神离的新模型与典型模型进行比较、分析,把握新、旧模型本质上的共性.对此可以通过题中设问得到启示,确定建模对象,从而跨跃思维障碍,在新旧模型分析比较中洞察物理本质.
【例2】1976年10月,剑桥大学研究生贝尔偶然发现一个奇怪的射电源,它每隔1.337 s发出一个脉冲讯号.贝尔和他的导师曾认为他们可能和外星文明接上头,后来大家认识到,事情没有那么浪漫,这种讯号是由一种星体发射出的,这类星体被定名为“脉冲星”.“脉冲星”的特点是脉冲周期短,且周期高度稳定,这意味着脉冲星一定进行着准确的周期运动,自转就是一种很准确的周期运动.(1)已知蟹状星云的中心星PS0531是一颗脉冲星,其周期是0.0331s.PS0531的脉冲现象来自自转,且设阻止该星离心瓦解的力是万有引力,请估计PS0531的最小密度.(2)如果PS0531的质量等于太阳质量,该星的可能半径最大是多少?太阳质量是M0=lO3Okg.
【分析】本题前面的一大段文字读后令考生不知所云,其实设问中的“脉冲现象来自自转,且阻止该星离心瓦解的力是万有引力”,一语点题,这样我们将其物理模型构造为:一个星体在高速旋转,其不瓦解的临界条件为星体表面的某质量为m的物体所受星体的万有引力等于向心力,即GMm/R2=mω2R,星体质量M= ,则ρ=3π/GT2.此条件与半径R无关.代人相关数据,得到PS0531的最小密度ρ=1.3×lO8 kg/cm3.
按PS0531的临界密度计算,星体的可能半径最大为R=1.5×lO2 km.
3.进行信息重组,建立正确的物理模型
有些信息题,由于实际参与的研究对象众多,信息量大,影响因素复杂;这类信息题综合性强,学生难于把握.因此,对于多个物理客体参与的物理问题,我们要认真分析“研究对象”之间的相互联系,从现状和分析结果人手,进行信息重组,找出关键客体,把交错在一起的物理模型一一剖析,有利于学生思维变通性的训练.
【例3】如图1所示是一个电磁泵的示意图.矩形管长为L,宽为d,两侧面是导体,高为h,上下两平面是绝缘体,并用粗导线M、N相连.令电阻率为ρ的水银充满管口,源源不断地流过该矩形管.已知水银匀速通过管子的速度与管子两端的压强差成正比,且当管两端压强差为P0时,水银流速为v0,今在矩形管所在的区域加一个与管子的上下平面垂直的匀强磁场,磁感强度为B(图中未画出).稳定后,求水银在管中的流速.
【分析】此题背景是电磁泵,它的工作原理是当电流流过水银时,水银即成为载流导体,在磁场中又受安培力作用,稳定后为匀速运动.根据具体题目条件结合已知物理模型进行分析、类比和代换,涉及本题的物理模型可分为4个:磁流体发电机模型、闭合电路模型、电阻模型、通电导线在磁场中受力匀速运动模型.它们交错在一起,综合性强,学生一时难以人手,教师只有重组题中信息,找出关键点,用符合题干的物理规律进行处理是解此类题目的关键所在.
【解答】由题意可得,水银匀速通过管子的速度与管子两端的压强差成正比,即v∝△p,写成等式有v=k△p,且已知当管两端压强差为P0时,水银流速为v0,v0=kp0.
在一般情况下有v= △p,设磁感线方向竖直向下,水银从左侧流入管中,作出俯视图如图2所示,qvB=qE,电源电动势为ε=Ed=vBd,
导线M、N中的电流
此电流受到的安培力
安培力所产生的附加压强
管子两端的新的压强差 
代入整理有
4.进行知识迁移。变换与组合物理模型
信息题的主要加工策略为迁移,其设计方法大都依据典型物理模型交替变更提供的材料,而设计出新的模型,显示物理本质.在对未知信息加工过程中注意对现象、规律进行合理的推想,进而找到解决问题的方法.
【例4】自然界中的物体由于具有一定的温度,会不断向外辐射电磁波,这种辐射因与温度有关,称为热辐射.热辐射具有如下特点:
(1)辐射的能量中包含各种波长的电磁波;
(2)物体温度越高,单位时间从物体表面单位面积上辐射的能量越大;
(3)在辐射的总能量中,各种波长所占的百分比不同.
处于一定温度的物体在向外辐射电磁能量的同时,也要吸收由其他物体辐射的电磁能量.如果它处在平衡状态,则能量保持不变.若不考虑物体表面性质对辐射与吸收的影响,我们定义一种理想的物体,它能100%地吸收入射痢其表面的电磁辐射,这样的物体称为黑体.单位时间内从黑体表面单位面积辐射的电磁波的总能量与黑体热力学温度的4次方成正比.即P0=δT4,其中常量δ=5.67×10-8w/(m2•K4).
在下面的问题中,把研究对象都简单看作黑体.
有关数据及数学公式:太阳半径Rs=696 000km,太阳表面温度T=5 770 K,火星半径=3 395km;球面积S=4πR2 ,其中R为球半径.
(1)太阳辐射能量的绝大多数集中在波长为2×10-7m~1×10-5m范围内,求相应的频率范围.
(2)每小时从太阳表面辐射的总能量为多少?
(3)火星受到来自太阳的辐射可以垂直射到面积为πr2(r为火星半径)的圆盘上,已知太阳到火星的距离约为太阳半径的400倍,忽略其他天体及宇宙空间的辐射,试估算火星的平均温度.(2000年上海高考题第24题)
【分析】此题以“黑体辐射”为背景,提供新的知识,并要求以此解决题中提出的问题.这样的题目表面上看很复杂、挺难,其实只要仔细阅读,认真琢磨,弄清材料的内涵,排除干扰,迁移本题的物理模型“热平衡模型、光的直线传播”,就能由繁变简,化难为易.解答:
(1)3×1012Hz~1.5×1012Hz
(2)1.38×l020 J
(3)204 K
总之,在物理信息题建模的教学过程中,要摸清学生各种错误的思维方法,及时指出物理模型的特点和功能,使学生明确物理模型的条件性、科学性,掌握物理建模的科学方法和思维方法,这是培养和锻炼创新思维、创新能力的有效途径.


 

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