高考物理开放型试题分类例析，本文主要内容关键词为：开放型论文,试题论文,物理论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
所谓开放型试题是指凡是答案不唯一或者条件不确定或者具有多种不同的解法的试题，称之为开放型试题。
随着素质教育的进一步落实，开放型试题教学的重要性已越来越被广大教师所认识，近些年来高考试题中也不断出现开放型试题，它不仅考查了学生的素质水平，同时也对开放型试题的教学起到一定的推动作用，为加强对高考开放型试题的分析研究，现将近年来高考物理试题中的典型开放型试题分类解析如下，供参考。
1.条件开放型
这种类型的考题是给定结论来探求满足结论的条件，而满足结论的条件并不唯一，这类题常以基本知识为背景加以设计而成，主要是考查学生的基础知识掌握程度和归纳探索能力。
例1 一根张紧的水平弹性长绳上的a、b两点，相距14.0米，b点在a点的右方。当一列简谐横波沿此长绳向右传播时，若a点的位移达到正极大时，b点的位移恰为零，且向下运动。经过1.00秒后，a点位移为零，而b点的位移恰达到负极大。则这简谐横波的波速可能等于（ ）
A.4.67米／秒B.6米／秒
C.10米／秒 D.14米／秒
分析：根据波的公式λ＝vT，已知波长、周期就能求波速。题目限定振动向右传播，依据题目给出的相隔△t＝1秒，a、b两点的两个振动状态作图，如图1所示。 考虑到振动的周期性和振动状态沿波传播方向分布的周期性，列出△t＝1秒跟周期T的关系式；a、b相距x＝14米跟波长λ的关系式，利用数学工具讨论，求出波速的可能值，从而可判定选项的对错。
解：根据题意作最简的波的图像，图1所示，考虑到振动的周期性，△t＝1s＝n[,1]T＋1/4T（n[,1]＝0,1,2,…）
考虑到振动状态沿波的传播方向分布的周期性，如图2所示。
x＝14m＝n[,2]λ＋3/4λ（n[,2]＝0,1,2,…）
所以可能的波速为
v＝λ／T＝14（4n[,1]＋1）／（4n[,2]＋3）。
将四个选项中的v值分别代入上式中，能使n[,1]、n[,2] 均为正整数的即是正确选项，经计算正确答案为A、C。
点评：本题考查振动和波动传播的规律，要求对波动中每一振动质点其振动的时间周期性、波传播方向上各个质点振动状态沿空间分布的周期性，有全面的认识，并具有较强的推理、分析能力，用数学工具讨论物理问题的能力，才能作出完整的判断。
2.策略开放型
这种类型的考题要求学生依据题目提供的题设信息，寻找切合实际的多种途径解决问题。具体表现为一题多解。主要考查学生对物理概念和物理规律的逻辑结构网络的内化程度，考查学生在思维上的敏捷性、灵活性和缩简性。
例2 如图3所示，长度为L、质量为M的木板静止于光滑的水平面上。一质量为m的滑块（视为质点）以某一初速度v[,0]沿木板的上表面从左端滑向右端，最后留在木板的最右端。求这一过程中木板的位移。
分析：取滑块和木板为研究系统，系统置于光滑水平面，滑块与木板间的动摩擦力是系统的内力，所以系统在水平方向合外力等于零，满足水平方向动量守恒的条件。题述“滑块最后留在木板上”，其隐蔽含义是二者具有相同的速度。设共同速度为v，待求木板的位移为S。
解法一：按题意对系统由动量守恒定律
mv[,0]＝（M＋m）v（1）
设滑块与木板间的摩擦力大小为f，对滑块由动能定理
－f（L＋S）＝（1／2）mv[2]－（1／2）mv[2][,0] （2）
对木板由动能定理
fS＝（1／2）Mv[2]（3）
由（1）、（2）、（3）式解出
S＝mL／（M＋m）。
解法二：滑块从木板左端滑到右端这段时间t内， 作匀减速直线运动，位移为（L＋S），速度由v[,0]减到v；木板在时间t 内作匀加速直线运动，位移S，速度由零增加到v。利用匀变速直线运动中位移跟平均速度的关系式，对滑块和木板分别有
L＋S＝（（v[,0]＋v）／2）t
S＝（v／2）t
结合动量守恒方程v＝mv[,0]／（M＋m）可解得S＝mL／（M＋m）。
解法三：作滑块和木板的v－t图（如图4所示）。 滑块的位移值（L＋S）等于梯形v[,0]AtO的面积值；木板的位移值S等于三角形OAt的面积值，二者之差就是板长L。
由几何关系L＝（1／2）v[,0]t
S＝（1／2）vt
由动量守恒定律
v＝mv[,0]／（M＋m）
可解得 S＝mL／（M＋m）
点评：本题属完全非弹性碰撞，解法一是常规解法，运算较繁，但解法一具有物理价值。解法二是熟练应用匀变速直线运动的特殊规律。解法三是巧用v－t图像的几何解法。本题初速v[,0]要受板长L和滑动摩擦因素μ的制约，这一问题应注意。
3.结论开放型
这种类型的试题是在给定条件下探索结论的多样性，主要考查学生的发散思维能力和应用能力。
例3 如图5所示，有一个直立的气缸，气缸底到气缸口的距离为L[,0]厘米，用一厚度和质量均可忽略不计的刚性活塞A， 把一定质量的空气封在气缸内，活塞与气缸间的摩擦可忽略。平衡时活塞上表面与气缸口的距离很小（计算时可忽略不计），周围大气的压强为H[,0] 厘米汞柱。现把盛有水银的一个瓶子放在活塞上（瓶子的质量可忽略），平衡时活塞到气缸底的距离为L厘米。若不是把这瓶水银放在活塞上， 而是把瓶内的水银缓慢不断地倒在活塞上方，这时活塞向下移，压缩气体，直到活塞不再下移。求这时活塞在气缸内可能的位置以及与之相对应的条件（即题中给出量之间应当满足的关系）。设气体的温度保持不变。
分析：如图6所示， 以气缸内活塞下部被封闭的气体为研究对象，初态时压强P[,1]＝H[,0]厘米汞柱，体积可用气柱高度来表示，即V[,1]∝L[,0]厘米。按题意把盛有水银的瓶子放在活塞上， 气体经历一个等温增压减容过程达到新的平衡态时，气体的压强P[,2]＝（H[,0]＋h ）厘米汞柱，气体的体积V[,2]∝L厘米，其中h 厘米汞柱表示气体从初态到新的平衡态所增加的压强，显然h的大小与瓶子内的水银的质量有关，水银的质量越大，h越大。由玻一马定律可列出方程
H[,0]L[,0]＝（H[,0]＋h）L （1）
∴h＝（H[,0]（L[,0]－L））／L （2）
现在不是把这瓶水银放在活塞上，而是把瓶内水银缓缓不断地倒在活塞上方，在等温条件下活塞向下移气体被压缩，直到活塞不能再下移为止。此时存在两种可能的状态，一种是原来瓶子中水银全部被缓缓倒入活塞上部气缸，水银没有溢出缸体，气体体积已被压缩至最小；另一种是原来瓶子中水银仅一部分被倒入活塞上部气缸内，若再继续向气缸内缓缓倒入水银，水银将会溢出缸体外，因此气体被压缩至活塞不再下移。
无论是上述两种状态的哪一种，我们都可以设定注入水银，活塞不再下移时，活塞上方缸体内水银的深度为△H厘米， 活塞下移的距离为△x厘米，因此这时被封闭气体压强应当是（H[,0]＋△H）厘米汞柱， 气体体积为（L[,0]－△x）厘米，则根据玻一马定律应有
H[,0]L[,0]＝（H[,0]＋△H）（L[,0]－△x）（3）
∴△H＝（H[,0]／（L[,0]－△x））△x （4）
解：第一种情况
水银较少，瓶内水银全部注入后，水银没有溢出缸体外，此时应满足
△H＝h（5）
△H≤△x （6）
由（2）（4）（5）三式可得
△x＝L[,0]－L （7）
这样活塞到缸底的距离L'应为
L'＝L[,0]－△x＝L （8）
由（4）、（6）、（7）三式可得
L≥H[,0] （9）
结论是当L≥H[,0]时，L'＝L
第二种情况
水银较多，瓶内水银部分注入后，活塞上方缸内已被灌满，若再注入水银，活塞也不会下移，水银将溢出缸体外，此时应满足
△H＜h
（10）
△H＝△x （11）
由（4）、（11）两式可得
△x＝L[,0]－H[,0]（12）
这样活塞到缸底的距离
L'＝L[,0]－△x＝H[,0]（13）
由（2）、（10）、（11）、（12）四式可得L＜H[,0]
结论是当L＜H[,0]时，L'＝H[,0]。
点评：本题着重考查学生发散思维能力和独立分析问题的能力。设问的要点是两个：一是考查学生是否能洞察到缓慢倒进水银后有两种可能；二是能否找到与这两种可能相应的条件。题目中所涉及到知识点内容并不复杂，但在能力要求上却有相当的难度和高度。因此只有在平时学习和练习中，注重强化物理思维方法的训练，才能适应这种高要求。
4.综合开放型
这种类型的考题只给出一定的情境，条件、解题策略与结论都要求主体在情境中自行设定与寻找，这样的问题其条件、解题策略与结论都呈现极大的开放性，主要是考查学生的分析问题与解决问题的能力。
例4 设在地面上方的真空室内，存在匀强电场和匀强磁场。 已知电场强度和磁感应强度的方向是相同的，电场强度的大小E＝4.0伏／米，磁感应强度的大小B＝0.15特。今有一个带负电的质点以v＝20米／秒的速度在此区域内沿垂直场强方向做匀速直线运动，求此带电质点的电量与质量之比q／m以及磁场的所有可能方向（角度可用反三角函数表示）。
分析：带电质点做匀速直线运动，其所受的合力必为零。带电质点受重力mg、电场力qE、洛仑兹力Bqv的作用。重力mg 的方向是竖直向下的，说明电场力qE和洛仑兹力Bqv的合力的方向应是竖直向上的， 且这三个力在同一竖直平面内，进而说明电场和磁场是倾斜方向的（设磁场方向与重力方向的夹角为θ），带电质点的运动垂直于三力所在的竖直平面。设带电质点的速度垂直纸面向外（也可向里或向位于水平面内的任一方向，但设向外或向里运动易于分析研究质点受力。），经分析得到与题意相符的图景如图7所示。
利用发散思维：凡是电场和磁场的方向与竖直方向成θ角倾斜向下的均可，求出θ角即得出了题设的答案。到此本问题转化为“求解作用力共点时物体的平衡问题”。
解法一：由合力为零的条件，可得
场方向与重力方向的夹角θ满足
tgθ＝Bqv／qE＝Bv／E
＝20×0.15／4.0＝0.75
θ＝arctg0.75 （4）
即磁场倾斜向下，与重力方向夹角θ＝arctg0.75， 且可能为倾斜向下的一切方向，如图8所示。
以下其它解法仅列出方程，不作分析计算。
解法二：用正交分解法，由平衡条件可得
∑F[,x]＝qEsinθ－Bqvcosθ＝0
∑F[,y]＝qEcosθ＋Bqvsinθ－mg＝0
解法三：分解重力则有
mgcosθ＝qE
mgsinθ＝Bqv
解法四：作出三力的矢量三角形，由直角三角形知识可得
点评：本题考查了多个知识点，对《考试说明》中的五种能力都有不同程度的体现，且内容丰富，情境新颖，物理气息浓厚，是一道从未出现过的创新题。本题的设问至少有两个特点：一是和平时先告知电场、磁场方向再求运动方向相反，本题并没有明确告知电场和磁场的方向，而是要求考生根据运动的特点来判定受力的方向和电场、磁场的方向，这个过程中又要求考生具有清楚的空间想象力和一定的作图识图能力；二是在解题过程中要进行一些推理，而又没告诉考生要进行哪些推理，要求考生能自己独立地下推理“指令”，为考生提供了多途径解题的选择机会。无论从哪一个角度看，本题都是一道难得的佳题。
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