一、推理问题的分析方法

　　推理就是要求学生能够根据已知物理知识或所给的物理事实对物理问题进行逻辑推得和论证，并且得出正确的结论或作出正确的判断。推理能力是物理高考五种能力之一。但是，从目前各方面的信息来看，高考将会突出越来越对推理能力的考查，尤其是“理科综合”试题。

（一）电路变化问题的分析方法

例1、在图所示的电路中，R2、R3是定值电阻，R1是滑动变阻器，当R1的滑片P向右滑动时，各个电表的示数怎样变化？

解析：

　　当R1的滑片P向右滑动时，由R1和R2组成的分压器的串联段电阻减小，所以电路的总电阻减小；根据可知干路电流增大，电流表的示数增大；再根据U=ε－Ir，可知路端电压减小，故电压表的示数变小。

　　因为R3是定值电阻，当干路电流强度增大时，其两端电压随之增大，故电压表的示数增大；再根据U1=U－U3，而U减小，U3增大，所以U1减小，故电压表的示数减小。

　　当滑动变阻器的滑片P向右滑动时，R1左段电阻与R2并联部分电阻增大，且干路中的电流也增大，根据欧姆定律，可知电压表示数增大，由于R2为定值电阻，且U2增大，由欧姆定律得，电流表的示数增大。

　　根据并联分流原理，通过电流表的电流强度为

　　

　　由上式中，分子为恒量，分母是关于R左的二次函数，且二次项的系数小于零，分母有极大值，由此可见，I1先减小后增大．故电流表的示数是先减小后增大。

（二）推理判断结论是否正确

例2、××报登载了这样一则消息：“×年×月×日，×国发射了一颗人造月球卫星……卫星的周期为72min……”。请你根据下面提供的已知数据进行推理，写出推导过程，并判断这则新闻的真实性。已知月球的半径约为地球半径的月球表面的重力加速度约为地球的，R地=6.4×106m，g地取9.8m/s2．

分析：

　　设环月卫星的周期为T，月球M对卫星m的万有引力是卫星做圆周运动的向心力，则有

　　又因为

　　整理方程组得代入数据，可解得T=103.5min．

　　即绕月球运行的卫星的最小周期为103.5min，远大于报道中的72min，故可判断这则新闻是假新闻。

二、开放型物理题的分析

　　开放型物理问题是相对于传统封闭问题而言的，封闭型的问题是传统教学中条件充分、结论确定的问题；而开放型的问题是没有现成的解题模式可以套用的物理问题，其条件可能不完备，需要在求解的过程中不断完善或增添假设，其结论是丰富多彩的，其解题途径、思维过程是因人而异、灵活多样的，开放型物理题对于教师转变复课观念、培养学生创新能力将会产生积极的作用。因此，近几年高考物理试题中出现了不少立意深刻、背景新颖的开放型问题。

　　由于开放型问题自身的特点，决定了这类问题是对应试教育中“题海战术”的挑战。由于不少学生对这一新题型的了解，致使答题中往往出现束手无策的情况，为此本文借用典型例题来谈一谈该题型的特点，供读者复习时参考。

（一）条件的模糊性、结论的不唯一性

　　开放型问题由于条件隐蔽，常让解题者感到抓不住要领，无从下手，容易使他们思维“模糊”而理不清头绪。因此要求解题时大胆想象，注重转换题给信息，抓住问题的关键，寻找解题的“破题点”。

　　所谓结论的不唯一性是指在解答开放型题时，可以得到并列的多个答案，主要考查学生思维的发散性和严密性。

例3、某学生为了测量一物体的质量，找到一个力电转换器，该转换器的输出电压正比于受压面的压力（比例系数为k），如图所示。测量时先调节输入端的电压，使转换器空载时的输出电压为零，而后在其受压面上放一物体，即可测得与物体的质量成正比的输出电压U。

　　现有下列器材：1个力电转换器，1个质量为m0的砝码，1块电压表，1个滑动变阻器．1节干电池，开关及导线若干，1个待测物体（可置于力电转换器的受压面上）。

　　请完成对该物体质量的测量。

　　（1）设计一个电路，要求力电转换器的输入电压可调，并且使电压的调节范围尽可能大，画出完整的测量电路图。

　　（2）简要说明测量步骤，求出比例系数k，并测出待测物体的质量m．

　　（3）请设想实验中可能会出现的一个问题。

解析：

　　这是一道设计型实验题，属开放型题最重要的一种。力电转换器是学生没有用过的新仪器，能不能在试题所提供的各种信息中抓住最关键的有用信息，对学生的处理信息能力提出了较高要求，该题解法如下：

　　（1）根据“可测得与物体的质量成正比的输出电压U”可知：输出端应接电压表，又根据“为了使输入电路的电压调节范围尽可能大”可知：必须用滑动变阻器组成如图所示的分压电路。

　　（2）测量步骤与结果：

　　①调节滑动变阻器，使转换器的输出电压为零；

　　②将质量为m0的砝码放在转换器上，记下输出电压U0；

　　③将待测物放在转换器上，记下输出电压U，则U0=km0g，U=kmg，

　　得所以．

　　（3）该实验中可能会出现的问题有：①因电源电压小而输出电压调不到零。②待测物体质量超出转换器量程。

（二）过程的探究性

　　开放题给学生提供了广阔的思维空间，其解答思路没有固定的、现成的模式可循，解题者不能用常规的思维方法套用，必须经过积极主动地思考，自己制定解题方案，因此需要较强的创新意识和探究能力。

例4、两滑块A、B在同一光滑的水平直导轨上相向运动并发生碰撞（碰撞时间极短），用闪光照相机摄得闪光4次的照片如图所示。已知闪光的时间间隔为Δt，而闪光本身持续时间极短，在这4次闪光的瞬间，两滑块A、B均在0～80cm刻度范围内，且第一次闪光时，滑块A恰好通过x=55cm时，滑块B恰好通过x=70cm处，问：

　　（1）碰撞发生在何处？

　　（2）碰撞发生在第一次闪光后多长时间？

　　（3）两滑块的质量之比mA／mB等于多少？

解析：

　　利用闪光照片作推理的物理题是近年出现的一种开放型题。这类题型一是与实验紧密结合，二是推理性极强。本题与常规题的不同之处在于并没有给出两个滑块的初速度、质量等条件，要靠学生认真观察照片，大胆推理才能得出结论：

　　A、B发生碰撞的位置应在第一次闪光时A、B所处的两个位置之间，即在x=55cm到x=70cm这两点之间。A的后三张照片一定是在A、B碰后所拍摄到的。闪光4次而图中B只有两张在不同位置的照片，表明B的运动可能有以下两种情况：①B从x=70cm处运动到x=60cm处时与A相碰，且碰后B处于静止。于是后三张照片中B的位置在x=60cm处是重合的；②B从x=70 cm处运动到x=60 cm处时恰赶上第二次闪光，继续向左运动并与A相碰后反向弹回，当返回到x=60cm处时恰好赶上第三次闪光，继续向右运动到x=70cm处时又恰好赶上第四次闪光。如果这种情况能出现的话，滑块B碰前和碰后的速度必然等大、反向。由此推理可知B在第二次和第三次闪光的时间间隔内所走过的路为10 cm，故碰撞地点应在55cm处，这就明显地和题设条件相悖，也就是说，这种情况是不可能发生的。这种实际发生的是第一种情况。

　　（1）根据上述分析可知，滑块A、B相碰地点应在x=60cm处，且碰后滑块B静止，滑块A被反向弹回。

　　（2）由图可知，A碰后向左做匀速运动的过程中，每发生20cm的位移所用时间为△t．因此，滑块A从x=60 cm处向左运动到x=50cm处时所用的时间为△t，由于A从55cm处运动到x=60 cm处再运动到x=50cm处所用时间为Δt，故A从x=55cm处运动到x=60cm处所用的时间为△t，故A从x=55 cm处运动到x=60 cm处所用的时间为△t，即第一次闪光后又经Δt的时间A、B发生碰撞。

　　（3）由图知，滑块A碰撞前、后的速度分别为

　　滑块B碰撞前、后的速度分别为

　　根据动量守恒守律，得mAvA－mBvB=mAvA′，

　　即

　　解得

（三）知识的综合性

　　开放题在考查学科知识和能力的基础上更着重考查利用相关学科知识综合解决问题的能力，强调学科内部综合的同时更强调学科间的相关内容的渗透、交叉和融合，开放题的特点就是突破传统的学科本位思想，体现理科甚至文理知识的综合。

例5、由实验知，用电解法将电解液中的金属离子还原为金属单质时，电极所通过的电量Q正比于金属的物质的量n和金属离子的化合价a的乘积，其比例系数F是一个常量，称为法拉第常数，它与金属的种类无关，已知：阿伏加德罗常数NA=6.02×1023mol－1，电子电量e=1.60×10－19C，Cu的摩尔质量为6.4×10－3kg·mol－1．

　　（1）试求出法拉第常数F。

　　（2）如果电解CuSO4溶液获得1kg金属铜，通过电解槽的电量是多少？

　　（3）用电镀的方法在半径为R的铜球壳表面均匀镀上薄的银层，在电镀槽中铜球是阳极还是阴极，另一极是什么材料？若电流为I，通电时间为t，银的原子量为A，金属银的密度为ρ，求镀层的厚度d。

解析：

　　本题是集新信息、数理化知识为一体的开放题，分析过程如下：

　　（1）由新信息知：通过电极的电量Q=Fna，则其中电量Q的单位是C，n单位是mol，a无单位，所以F的单位是C/mol，表示的含义为每摩尔电子的电量，代入数据，得F=9.65×l04C/mol．

　　（2）1 kg铜的物质的量为

　　Cu的化合价为a=2，所以，获得1kg铜需要的电量为Q=Fan=3.0×106C．

　　（3）由电解知识得：镀件应为阴极，镀层金属为阳极，所以铜球是阴极，阳极材料是银。

　　电流为I、通电时间为t时，通过电路的电量为Q1=It．

　　半径为R、镀层厚度为d的铜球上银的物质的量为

　　对银来说a=1，所需要的电量为

　　因为Q1=Q2

　　所以．

（四）情境的模拟性

　　开放题强调理论和实际相结合，强调人与自然、社会协调发展，注重与社会生产、最新科技信息的联系，与传统题的不同之处是要求更加真实和全面地模拟现实。开放题往往是将所要考查的知识置于一个学生所未见过的陌生情境中，试题情境或模拟科学发现的过程或模拟解决实际问题的思路，因而开放题的情境具有仿真的模拟性。

例6、“和平号”空间站已2001年3月23日成功地坠落在南太平洋海域，坠落过程可简化为从一个近圆轨道（可近似看做圆轨道）开始，经过与大气摩擦，空间站的绝大部分经过升温、熔化，最后汽化而销毁，剩下的残片坠入大海，此过程中，空间站原来的机械能中，除一部分能量E′通过其他方式散失（不考虑坠落过程中化学反应的能量）。

　　（1）试导出下列各物理量的符号表示散失能量E′的公式。

　　（2）算出E′的数值（结果保留两位有效数字）。

坠落开始时空间站的质量M=1.17×105kg

轨道离地面的高度为h=146km．

地球半径为R=6.4×106m，

坠落空间范围内重力加速度可看做g=10 m/s2，

入海残片的质量m=1.2×104kg，

入海残片的温度升高ΔT=3000K，

入海残片的入海速度为声速v=340m/s，

空间站材料每l kg升温l k平均所需能量c=1.0×103J

每销毁1kg材料平均所需能量μ=1.0×107J．

解析：

　　此题以世界航天史上的重大事件——“和平号”空间站成功坠落为背影，巧妙考查能量转化和守恒定律，对学生获取、利用信息的能力提出了较高要求，要解决这道开放题应首先明确能量分布图．

　　（1）根据题给条件，从近圆轨道到地面的空间中，重力加速度为g=10m/s2．若以地面为重力势能零点，坠落过程开始时空间站在近圆轨道的势能为Ep=Mgh，①

　　以v表示空间站在近圆轨道上的速度，由牛顿运动定律可得②

　　其中r为轨道半径，若以R地表示地球半径，则r=R地＋h，③

　　由②、③式可得空间站在近圆轨道上的动能为④

　　由①、④式得，在近圆轨道上空间站的机械能为，

　　坠落过程用于销毁部分所需要的能量

　　用于残片升温所需的能量为Q残=cmΔT，残片的动能为

　　以E′表示其他方式散失的能量，则由能量守恒，得E=Q汽＋E残＋Q残＋E′，

　　由此得

　　（2）以题给数据代入得E′=2.9×1012J．

三、科技应用问题的分析

　　科技应用问题一般都是运用物理科学知识、原理和方法去解决生活、生产和科学技术中的实际问题。

　　科技应用问题是考查学生运用物理科学技术原理、方法去解决实际问题的能力。

例7、1992年和1996年，在美国航天飞机“阿特兰蒂斯”号上进行过一项卫星悬绳发电实验：航天飞机在赤道上空圆形轨道上由西向东飞行，速度为7.7km/s，地磁场在航天飞机飞行轨道处的磁感强度B=0.50×10－4T，从航天飞机上发射出的一颗卫星，携带一根长L=20 km的金属悬绳与航天飞机相连，航天飞机和卫星间的这条悬绳方向沿地球径向并指向地心，悬绳电阻约为r=800Ω，由绝缘层包裹，结果在绳上产生的电流约为I=3A．

　　（1）计算航天飞机飞行轨道高度，取地球半径6400km，第一宇宙速度为7.9km/s．

　　（2）卫星悬绳发电实验是在地球大气层的哪个层次进行的？

　　　　　A．对流层　　　　　　　　　B．平流层

　　　　　C．中间层　　　　　　　　　D．热层

　　（3）这根金属悬绳上能产生多大的感应电动势？计算时认为金属绳是刚性的，并比较绳的两端，即航天飞机端与卫星端电势哪个高？

　　（4）试析悬绳上电流是通过什么样的回路形成的？

　　（5）航天飞机可获得多大的电功率？

解题思路：

　　绳系卫星是系留在航天器上绕地球飞行的一种新型卫星，可以用来对地球的大气层进行直接探测；系绳是由导体材料做成的，又可进行地球空间磁场电离层的探测；系绳在运动中切割磁场又可为卫星和牵引它的航天器提供电力。

　　（1）航天飞机绕地球运转，地球对它的万有引力提供向心力，由公式可求得h．

　　（2）地球的大气层主要可分为三个层次：高度在8～18 km之间为对流层；高度在50～55 km之间为平流层；高度在55 km以上为高层大气，高层大气中又分中间层，其高度范围为55～85km；热层，其高度范围为85～500 km；散逸层，其高度范围为大于500km．由第一问中求得的高度可知卫星悬绳发电实验在哪个层次上。

　　（3）悬绳为金属导体材料制成。运动中将切割地磁场，由切割公式ε=BLv可求得感应电动势，又地磁场由地理南极指向北极，航天飞机在赤道上空由西向东飞行，由右手定则可知上端航天飞机处电势高。

　　（4）由于绳系卫星处于热层，热层中稀薄气体处于电离状态，此时悬绳切割地磁场产生感应电动势，相当于电源，它和热层中的离子导电构成回路。

　　（5）悬绳和热层中产生的离子导电构成回路，回路中总功率为Iε，悬绳相当于电源，悬绳的电阻相当于内电阻，则悬绳内部的热功率为I2r，由于热层中离子导电消耗的电功率很小，可近似认为航天飞机获得电功率为总功率和悬绳内部消耗功率之差。

解：（1）设航天飞机轨道高度为h

　　由　　①

　　又第一宇宙速度　　②

　　由①和②联立可解得h≈300km

　　（2）h≈300km可知卫星悬绳发电实验在地球大气层的热层，选D．

　　（3）由公式ε=BLv，求得ε=7700V由右手定则知上端航天飞机处电势高．

　　（4）悬绳相当于电源，周围热层稀薄气体电离产生的离子导电构成回路．

　　（5）由公式P=Iε－I2r，求得P≈15.9kW．

答案点评：

　　本题选取了绳系卫星这一太空研究探索为背景，介绍先进的航天科技知识，开拓想像空间，本题要结合力学知识、电磁感应知识及地理知识才能予以解答，这种信息题是当前高考的热点，如1999年全国高考第八题即为此种类型，有助于培养探索、创新精神，开阔视野，提高素质。

四、信息迁移问题的分析方法

　　信息迁移问题一般都是给出一段文字或图片信息，要求通过阅读该信息去回答或解决一些物理问题。

　　信息迁移问题着重考查学生临场阅读，提起信息和进行信息加工、处理的能力，以及灵活运用基本知识分析和解决问题的能力。

例8、频率为v0的光子由地球表面处竖直向上运动，当它上升△z=22.5 m的高度时，由于地球引力作用，它的波长会变长，我们称此为引力红移（取g=9.8m/s2，c=3×108m/c，h=6.63×10－34J·s）。请回答下列问题：

　　（1）光子能量的表达式是______________；

　　（2）由爱因斯坦的质能方程可知光子质量的表达式是_____________；

　　（3）求光子上升Δz=22.5 m时，该光子频率的红移量△v与原有频率v0之比。

分析：

　　（1）　　　　（2）

　　（3）光子上升△z高度过程中，光子能量以及光子和地球系统的势能满足能量守恒定律，即光子减少的能量转化成光子增加的势能，即

　　将代入上式，得