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临界思想在2011年高考物理（全国卷）中的应用
从全国各地高考试题上看，高考无论怎么考，都是以基础知识为载体，关注现实生活，注重与现代生产紧密联系，还更重视对知识能力的考查，这也是高考的命题者的意图．以2011年高考物理（全国卷）为例，本文谈谈临界思想在试题中的应用．临界思想是高中物理一种重要思想，临界问题分析也是高考考查能力的体现．临界问题就是指物体的运动从一种形式转变为另一种形式，或者一种物理现象转变成为另一种物理现象，或者一种物理过程转变成为另一种物理过程的过程中，存在着分界限的问题．这类题目中往往含有“最大”、“最高”、“至少”、“恰好”、“刚好”等词语，解决此类问题的核心是要求明确建立物理情景，分析出前后整个物理过程，这正是考查的能力．
原题15．如图1所示，两根相互平行的长直导线分别通有方向相反的电流I1和I2，且I1＞I2，a、b、c、d为导线某一横截面所在平面内的四点，且a、b、c与两导线共面；b点在两导线之间，b、d的连线与导线所在的平面垂直．磁感应强度可能为零的点是（ ）
A．a点 B．b点 C．c点 D．d点
解析：由安培定则和平行四边形定则知某点磁感应强度为零，要出现这一点，则两电流在该处的磁感应强度等大反向的临界状态，由安培定则和平行四边形定则知b，d两点合磁感应强度一定不为零，排除B、D，设I1=I2时，当在a、c两点的磁感应强度方向相反，即有临界点a、c两点磁感应强度都为零，又知题意I1＞I2，则排除A，故答案为选C．
点评：本题考查考生利用安培定则判断通电直导线周围磁场及矢量运算法则的运用，难度中等．对两通电直导线周围的磁场方向判断错误，从而错选B、D，不注意I1＞I2的条件，错选A．
原题18．已知氢原子的基态能量为E1，激发态能量En=E1/n2，其中n=2，3…．用h表示普朗克常量，c表示真空中的光速．能使氢原子从第一激发态电离的光子的最大波长为（ ）
A． B． C． D．
解析：依题意可知第一激发态能量为E2＝，要将其电离，即吸收的能量使其发生电离的临界状态，需要的能量至少为△E＝0－E2＝hγ，根据波长、频率与波速的关系c＝γλ，联立解得最大波长λ＝－，因此C对．
点评：本题考查氢原子能级结构、能级公式，也考查了刚好能发生电离的临界状态的电离能．本题容易出错，主要是对氢原子能级结构不清，或将电离能与从基态跃迁到第一激发态所要吸收的能量混淆等等．
原题20．质量为M内壁间距为L的箱子静止于光滑的水平面上，箱子中间有一质量为m的小物块，小物块与箱子底板间的动摩擦因数为μ．初始时小物块停在箱子正中间，如图1所示．现给小物块一水平向右的初速度v，小物块与箱壁碰撞N次后恰又回到箱子正中间，井与箱子保持相对静止．设碰撞都是弹性的，则整个过程中，系统损失的动能为（ ）
A．mv2 B．v2 C．NμmgL D．NμmgL
解析：本题考查动量守恒、功能关系及能量守恒定律，设最终箱子与小物块的速度为v1，此时为临界状态，根据动量守恒定律：mv＝(m＋M)v1，则动能损失△Ek＝mv2－(m＋M)v12，解得△Ek＝v2，B对；依题意小物块与箱壁碰撞N次后回到箱子的正中央，相对箱子运动的路程为S＝0.5L＋(N－1)L＋0.5L＝NL，故系统因摩擦产生的热量即为系统瞬时的动能△Ek＝Q＝NμmgL，D对．答案BD．
点评：两个相对运动的物体，当它们的运动速度相等时候，往往是最大距离或者最小距离的临界条件．本题是以两物体多次碰撞为载体，综合考查功能原理，动量守恒定律，要求考生能依据题干和选项暗示，从两个不同角度探求系统动能的损失．又由于本题是陈题翻新，一部分考生易陷入某种思维定势漏选B或者D，另一方面，考生若不仔细分析，易认为从起点开始到发生第一次碰撞相对路程为L，则发生N次碰撞，相对路程为，错选C．
原题24．如图3所示，两根足够长的金属导轨ab、cd竖直放置，导轨间距离为L1电阻不计．在导轨上端并接两个额定功率均为P、电阻均为R的小灯泡．整个系统置于匀强磁场中，磁感应强度方向与导轨所在平面垂直．现将一质量为m、电阻可以忽略的金属棒MN从图示位置由静止开始释放．金属棒下落过程中保持水平，且与导轨接触良好．已知某时刻后两灯泡保持正常发光．重力加速度为g．求：
（1）磁感应强度的大小；
（2）灯泡正常发光时导体棒的运动速率．
解析：（1）设小灯泡的额定电流I0，有P＝I02R，由题意，在金属棒沿着导轨竖直下落的某时刻后，小灯泡保持正常发光，流经MN的电流为 I＝2I0，此时刻金属棒MN所受的重力和安培力相等，下落的速度达到最大值，有 mg＝BLI，联立上面三式得 B＝．
（2）设灯泡正常发光时，导体棒的速率为v，由电磁感应定律与欧姆定律得：E＝BLv，又有E＝RI0，联立上式得 v＝．
点评：本题考查电磁感应与力学，电路的综合问题，属于常规题，从导体棒的运动情况来看，属于一根导体棒的“运动——发电——电流——运动”类型，自由释放的金属棒MN,下落过程中产生感应电动势，回路中形成电流，金属棒MN受到安培力作用，影响金属棒的运动．解决该类问题的关键有两个，一是要正确作出等效电路图，二是对导体或者是闭合回路的局部进行正确的受力分析，列出动力学或者静力学方程．本题的临界状态是：MN棒的最大速度．棒开始做加速度逐渐减小的运动，因此速度在其临界点有最大值．因而，临界条件即为灯泡正常发光时金属棒切割磁感线产生的电动势．
原题26．装甲车和战舰采用多层钢板比采用同样质量的单层钢板更能抵御穿甲弹的射击．通过对以下简化模型的计算可以粗略说明其原因．
质量为2、厚度为2的钢板静止在水平光滑的桌面上．质量为的子弹以某一速度垂直射向该钢板，刚好能将钢板射穿．现把钢板分成厚度均为、质量为的相同的两块，间隔一段距离平行放置，如图4所示．若子弹以相同的速度垂直射向第一块钢板，穿出后再射向第二块钢板，求子弹射入第二块钢板的深度．设子弹在钢板中受到的阻力为恒力，且两块钢板不会发生碰撞．不计重力影响．
解析：设子弹的初速为,穿过2d厚度的钢板时共同速度为：受到阻力为，对系统由动量和能量守恒得：
①
②
由①②得： ③
子弹穿过第一块厚度为d的钢板时，设其速度为v1，此时钢板的速度为u，穿第二块厚度为d的钢板时共用速度为v2，穿过深度为，对子弹和第一块钢板系统由动量和能量守恒得： ④
⑤
由③④⑤得： ⑥
对子弹和第二块钢板系统由动量和能量守恒得：
⑦
⑧
由③⑥⑦⑧得：．
点评：本题以子弹打木块模型为载体综合考查动量守恒定律，能量守恒定律，对考生能力要求较高，另外计算量较大，特别是联立1,2,3,4四式，在利用求根公式解二次方程以及根的取舍方面考验考生的耐心与细致，本题第一种运动分析子弹刚好能将钢板射穿出，第二种运动情况分析到达共同速度都是说明此时为临界状态．
结语：从上面试题看出，临界状态往往发生在两个不同物理过程之间存在，对于临界问题，关键在于找到临界状态，并据此分析出问题的临界条件，再依据临界条件列出此状态下所满足的物理规律和公式，然后求解．找到临界状态下有关物理量的特征是分析临界条件的关键．总之，通过总结2011年高考试题可以看出临界思想的应用是非常重要的，这就要求我们在高考复习中，重视能力训练，注意物理思想方法理解，并引导和归纳复习，适当时候可以补充物理的发展史，才能做到事半功倍．既可以使同学们充分调动学习的积极性和主动性，也可以让同学们在思考和总结中掌握高中物理的思想方法，并能感受到物理带给他们的乐趣．这既是培养了学生的能力和科学思维习惯，又是当今新课改的重要内容．
a
b
d
c
I1
I2
图1
v
L
图2
M
N
a
c
L
b
d
图3
m
m
m
m
2m
图4

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