熱點、聯(lián)系實際問題背景材料與例題分析.doc

熱點、聯(lián)系實際問題背景材料及例題分析 近年高考物理試卷上出現(xiàn)了許多結(jié)合社會實際和科技前沿的好題，如：神舟飛船、航天科技、磁懸浮列車，磁流體發(fā)電、高能加速器、超導(dǎo)、夸克等，這些試題以社會熱點和最新科技（特別是近年來國際國內(nèi)科技新進展的相關(guān)材料）立意命題, 力求比較真實和全面的模擬現(xiàn)實, 試題注重基礎(chǔ), 突出能力。復(fù)習(xí)中要關(guān)注這些社會熱點，關(guān)注科技前沿的發(fā)展及其應(yīng)用，并注意這些命題背景與考試大綱的知識結(jié)構(gòu)、能力要求的聯(lián)系。以下材料可作為今后高考物理命題的重要背景。1. 嫦娥一號衛(wèi)星 例1 新華社北京10月24日電, 24日18時29分，星箭成功分離之后，嫦娥一號衛(wèi)星進入半徑為205公里的圓軌道上繞地球做圓周運動, 衛(wèi)星在這個軌道上“奔跑”一圈半后，于25日下午進行第一次變軌, 變軌后，衛(wèi)星軌道半徑將抬高到離地球約600公里的地方. 已知地球半徑為R ，表面重力加速度為g ，質(zhì)量為m的嫦娥一號衛(wèi)星在地球上空的萬有引力勢能為,（以無窮遠處引力勢能為零），r表示物體到地心的距離. （1）質(zhì)量為m的嫦娥一號衛(wèi)星以速率v在某一圓軌道上繞地球做圓周運動, 求此時衛(wèi)星距地球地面高度h1 ； （2）要使嫦娥一號衛(wèi)星上升, 從離地高度h1再增加h的軌道上做勻速圓周運動，衛(wèi)星發(fā)動機至少要做多少功？解析:（1）設(shè)地球質(zhì)量為M ，萬有引力恒量為G ，衛(wèi)星距地面高度為h1 時速度為v , 對衛(wèi)星有 , 對地面上物體有 , 解以上兩式得 .（2）衛(wèi)星在距地面高度h1的軌道做勻速圓周運動有 , 得 , 此時衛(wèi)星的動能 , 萬有引力勢能,衛(wèi)星在距地面高度h1時的總機械能 .同理, 衛(wèi)星在距地面高度（h1+h）時的總機械能 .由功能關(guān)系, 衛(wèi)星發(fā)動機至少要做功 W = E2 E1 = .2. 關(guān)注北京奧運和體育競技 奧運比賽與物理知識密切相關(guān), 以此為背景進行命題,可考查同學(xué)們運用所學(xué)知識解決奧運比賽相關(guān)問題的能力. 各項奧運比賽涉及的知識點主要有:水上運動中的跳水可分為豎直上拋運動、自由落體運動兩個過程, 涉及速度、位移、時間、動量、能量等物理量, 帆船、賽艇、滑水板比賽等項目涉及到受力平衡、動力學(xué)原理、功能關(guān)系等物理規(guī)律. 舉重比賽中涉及重力勢能增加和做功、功率等計算, 射箭比賽中涉及彈性勢能和拉力做功、平拋運動等物理規(guī)律的應(yīng)用. 球類比賽中涉及平拋運動、斜拋運動、運動分解等物理規(guī)律, 還涉及拋球最佳速度和最佳角度、反應(yīng)時間、動量、沖量、能量等計算. 徑賽項目涉及直線運動、曲線運動中速度、位移與時間的關(guān)系,以及加速度、瞬時速度和平均速度等知識。田賽項目中的跳高、跳遠涉及起跳初速度和起跳最佳角度選擇, 以及動量、沖量、能量和做功等計算,體操比賽中涉及起跳速度和旋轉(zhuǎn)角速度,以這些奧賽項目為背景,配以圖象、圖示等提供新情景, 綜合物理學(xué)科內(nèi)各章節(jié)知識組成學(xué)科內(nèi)綜合題, 可有效考查學(xué)生綜合分析問題的能力. 例2 中國女排在雅典奧運會上戰(zhàn)勝俄羅斯隊獲得金牌，已知排球場總長18m，網(wǎng)高為2.25m，如圖所示，設(shè)俄羅斯隊飛來一球，剛好在3m線正上方被女排隊員楊昊強攻擊回。（假設(shè)排球被擊回的速度方向是水平的，球在飛行過程中所受空氣阻力不計，g =10m / s2 ）。（1）若楊昊擊球的高度h = 2.5m ，球擊回的水平速度與球網(wǎng)垂直，球既不能觸網(wǎng)又不出底線，則球被擊回的水平速度在什么范圍內(nèi)？（2）若俄羅斯運動員仍從3m線處起跳，起跳高度h滿足一定條件時，會出現(xiàn)無論球的水平速度多大都會觸網(wǎng)或越界，試求h滿足的條件。答案：（1）13.4m/sv17m/s （2）h2.4m時，無論擊球速度為多大，球總是觸網(wǎng)或出界.3. 中國“環(huán)流器二號”我國聚變界“巨無霸”的核聚變裝置中國“環(huán)流器二號”裝置在成都正式建成, 這是我國第一個具有先進偏濾器位形的大型托卡馬克裝置，將大大加快我國受控核聚變能源開發(fā)事業(yè)進程. 近年高考注重理論聯(lián)系實際, 特別注重聯(lián)系高新科技, 中國“環(huán)流器二號”將是高考命題的熱點, 以此為背景命題可涉及物理學(xué)眾多知識點,輕核聚變、重核裂變, 核聚變反應(yīng)方程、核能計算、 微觀粒子探究等; 帶電粒子之間的電勢能、磁場對帶電粒子運動的約束、通電線圈產(chǎn)生的磁場等; 帶電粒子在磁場中的受力分析、運動分析、動量和能量分析, 涉及牛頓定律、圓周運動、洛侖茲力、動量守恒與能量守恒定律等綜合應(yīng)用. 以“環(huán)流器二號”為背景命題的主要考點如下：例3 在中國“環(huán)流器二號”裝置內(nèi), 實現(xiàn)兩個氘核聚變反應(yīng)，必須使它們之間距離接近到r0 ，也就是接近到核力能夠發(fā)生作用的范圍物質(zhì)溫度很高時，氘原子將變?yōu)榈入x子體，等離子的分子平均動能為，式中的k1叫玻耳茲曼常量，T為熱力學(xué)溫度，兩個氘核之間的電勢能，k為靜電力常量, r為電荷之間的距離，則氘核發(fā)生聚變的溫度至少為 A. B. C. D. 解析：據(jù)能量守恒定律, 兩個氘核等離子的分子動能之和至少等于兩個氘核之間的電勢能, 即 得 , 選項C正確.點評：本題是一條新信息題, 題中提供一些新信息，如：等離子的平均動能公式，氘核之間的電勢能，考生必須通過閱讀分析, 篩選相關(guān)信息，建立物理模型，然后利用所學(xué)知識結(jié)合題中信息求解.考試大綱針對能力測試目標明確提出：要求考生“了解自然科學(xué)發(fā)展的最新成就和成果及其對社會發(fā)展的影響”；“能讀懂一般性的科普類文章，理解有關(guān)文字、圖表的主要內(nèi)容及特征，并能與已學(xué)的知識結(jié)合起來解決問題”, 近年高考試卷中的許多信息題也體現(xiàn)了這一精神, 后階段復(fù)習(xí)中應(yīng)引起足夠的關(guān)注.例4 中國“環(huán)流器二號”裝置（設(shè)計指標：大半徑1.65m、小半徑0.4m、環(huán)向場2.8T、等離子體電流480 kA）是我國己建成的第一個托卡馬克型磁約束裝置, 托卡馬克 (To Karnak)是研究受控核聚變的一種裝置, 這個詞是由Tomidal (環(huán)形的)、Kam-era (真空室)、magnet (磁)的頭兩個字母以及Kamshka (線圈)的第一個字母組成的縮寫詞下述判斷中正確的是 A超導(dǎo)線中通過強電流后，會產(chǎn)生極強的磁場 B超導(dǎo)通電線圈的磁場使氘核等帶電粒子在磁場中旋轉(zhuǎn)而不飛出 C這種裝置同我國廣東大亞灣核電站核裝置的核反應(yīng)原理相同 D這種裝置可以控制熱核反應(yīng)速度，使聚變緩慢而穩(wěn)定地釋放核能解析：核聚變的發(fā)生條件是溫度必須極高, 對高溫狀態(tài)下的氘核等帶電粒子的約束, 只能用通電線圈產(chǎn)生的強磁場來約束它，選項A、B正確氘核等帶電粒子在磁場約束下, 可以控制聚變反應(yīng)緩慢進行, 穩(wěn)定地釋放核能, 選項D正確廣東大亞灣核電站的核反應(yīng)原理是核裂變, 選項C錯誤答案：A、B、D點評：本題是一條學(xué)科內(nèi)綜合題, 涉及原子物理中輕核聚變、重核裂變、磁場中帶電粒子的運動、通電線圈中的磁場分布等知識. 近年高考命題突出物理學(xué)科內(nèi)的綜合，不論是選擇題還是計算題，都出現(xiàn)了突出學(xué)科內(nèi)綜合的特點. 以中國“環(huán)流器二號”中核聚變?yōu)楸尘懊}, 還可以與以下幾個方面綜合：利用牛頓定律、圓周運動、洛侖茲力等知識，分析帶電粒子在磁場中的運動問題; 利用動量守恒定律、能量守恒與轉(zhuǎn)化定律, 分析帶電粒子相互作用過程中的動量守恒、能量轉(zhuǎn)化; 討淪通電線圈產(chǎn)生的磁場如何來約束氘核等帶電粒子的運動, 使聚變緩慢進行.年份獲獎成果1996發(fā)現(xiàn)氦3（3He）的超流動性1997激光冷卻和陷俘原子的方法1998發(fā)現(xiàn)分數(shù)量子霍爾效應(yīng)及與之相關(guān)的具有分數(shù)電荷激發(fā)狀態(tài)的新型量子流體1999解釋了弱電相互作用的量子結(jié)構(gòu)2000研制用于高速光子學(xué)的半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu), 發(fā)明集成電路2001根據(jù)玻色愛因斯坦理論發(fā)現(xiàn)了一種新的物質(zhì)狀態(tài):堿金屬原子稀薄氣體的玻色愛因斯坦凝集2002宇宙中微子的探測; 發(fā)現(xiàn)宇宙X射線源2003對超導(dǎo)電性、超流性作用解釋2004發(fā)現(xiàn)粒子物理的強相互作用理論中的“漸近自由”現(xiàn)象2005激光的精密光譜學(xué)，光學(xué)相干的量子理論2006發(fā)現(xiàn)了黑體結(jié)構(gòu)以及宇宙背景輻射的微波各向異性2007發(fā)現(xiàn)了“巨磁電阻”效應(yīng). 4. 關(guān)注近年諾貝爾物理獎 近10年諾貝爾獎的獲獎成果如下：從表上我們可以看到，獲獎的項目都是在現(xiàn)代科技的前沿領(lǐng)域（對微觀世界的探索、對宇宙的探索、對光電子、集成電路、超低溫狀態(tài)下的物理現(xiàn)象的研究）作出開拓性或突破性進展的成果, 這些成果使人們對自然界的認識更加深刻，使科技在某一方向跨上一個新臺階，對人類的生活、生產(chǎn)會產(chǎn)生巨大的影響。瑞典皇家科學(xué)院10月9日宣布，法國科學(xué)家阿爾貝費爾和德國科學(xué)家彼得格林貝格爾共同獲得2007年諾貝爾物理學(xué)獎, 這兩名科學(xué)家先后獨立發(fā)現(xiàn)了巨磁電阻效應(yīng). 所謂巨磁電阻效應(yīng)，是指磁性材料的電阻率在有外磁場作用時較之無外磁場作用時存在巨大變化的現(xiàn)象. 諾貝爾物理學(xué)獎是高新科技的熱點, 熱點問題可激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增進其科學(xué)素養(yǎng).例6 2006年諾貝爾物理學(xué)獎的研究成果之一是發(fā)現(xiàn)了黑體結(jié)構(gòu). 具有一定溫度的物體能向外輻射電磁能量，同時也要吸收由其他物體輻射的電磁能量，如果它處在平衡狀態(tài)，則能量保持不變. 若不考慮物體表面性質(zhì)對輻射與吸收的影響，我們定義一種理想的物體，它能100地吸收入射到其表面的電磁輻射，這樣的物體稱為黑體, 單位時間內(nèi)從黑體表面單位面積輻射的電磁波的總能量與黑體絕對溫度的四次方成正比，即，其中常量5.6710-8wm2K4 在下面的問題中，把研究對象都簡單地看作黑體(1)在上世紀年代人們就已知道宇宙微波背景輻射的存在，但針對這種宇宙大爆炸“余燼”的測量工作進展十分緩慢, 大爆炸理論曾預(yù)測，微波背景輻射應(yīng)該具有黑體輻射特性，現(xiàn)今觀測的結(jié)果確認, 宇宙微波背景輻射的波長約為1.010-3 m, 求宇宙微波相應(yīng)的頻率為多少？(2)根據(jù)熱輻射理論, 黑體輻射微波的波長的最大值與黑體絕對溫度T 的關(guān)系近似如下：mK , 則發(fā)出宇宙微波的空間的絕對溫度約為多少K ？ (3) 約翰馬瑟和喬治斯穆特領(lǐng)導(dǎo)的1000多人研究團隊首次完成了對宇宙微波背景輻射的太空觀測研究, 天文學(xué)家利用遙感技術(shù)測得某一天體XM的半徑R =2107 m, 表面溫度T =100K, 試計算天體XM表面每秒輻射的總能量為多少 ?(4) 天文學(xué)家對XM測量結(jié)果進行分析計算后發(fā)現(xiàn)，宇宙微波背景輻射與黑體輻射非常吻合，從而為大爆炸理論提供了進一步支持, 他們用鏡口內(nèi)半徑r =10m的天文望遠鏡測得天體XM與地球的距離d =21017 m ,求：該天文望遠鏡每秒可接收來自天體XM輻射微波的光子數(shù).(普朗克常量 h =6.6310-34 Js )解析：(1)據(jù)波速公式, 宇宙微波的頻率 Hz = 31011 Hz.(2) 據(jù) mK, 宇宙空間的絕對溫度 K = 2.9 K. (3) 單位時間內(nèi)從天體XM表面單位面積輻射的總能量，則天體XM表面每秒輻射的總能量，其中S為太陽的表面積，又t =1s, 代人數(shù)據(jù)可求得：5.6710-81004 (2107)21 J = 2.9016 J (4) 該天文望遠鏡每秒可接收來自天體XM輻射微波的能量 J, 每個微波光子的能量J, 該天文望遠鏡每秒可接收來自天體XM輻射微波的光子數(shù) 個.答案：(1)31011 Hz (2)2.9 K (3)2.9016 J (4)個點評：本題是一道新情景探究題，題目內(nèi)容是教材上沒有的，需要根據(jù)題供的信息從中抽象出物理模型，再進行計算或討論, 本題考查學(xué)生應(yīng)用已學(xué)知識解決陌生問題的探究能力物理考試大綱要求：“重視對考生科學(xué)素養(yǎng)的考查，要關(guān)注科學(xué)技術(shù)和社會經(jīng)濟的發(fā)展. 注重考查考生收集、處理信息和獲取新知識的能力”, 近年高考中以高新科技為背景的試題頻頻出現(xiàn), 這些新情景題通過文字敘述或利用圖表、圖象和圖示提供信息，向考生提供較新的概念和相關(guān)公式，但解題方法仍是中學(xué)常見的基本方法.近年高考中已出現(xiàn)許多諾貝爾獎為背景的物理試題。如：2004年上海卷第11題中的掃描隧道顯微鏡是1986年諾貝爾物理學(xué)獎成果。2004年廣東卷中第13題以夸克為背景計算相鄰兩個夸克之間的靜電力，其中夸克模型是蓋爾曼在1964年提出的，因此他們獲得了1969年諾貝爾物理獎。2004年江蘇卷第7題中的電子中微子，江蘇卷第17題推導(dǎo)電子的比荷, 這些試題涉及到愛因斯坦、湯姆生獲得諾貝爾物理學(xué)獎的科研成果。對近年的諾貝爾獎應(yīng)引起足夠關(guān)注，并注意與所學(xué)基本知識相聯(lián)系。如：復(fù)習(xí)X射線時，聯(lián)系宇宙中的X射線源，復(fù)習(xí)物質(zhì)導(dǎo)電性時，聯(lián)系超導(dǎo)性和超流性.復(fù)習(xí)激光時，結(jié)合光子理論、動量守恒定律等知識，了解激光冷卻和陷俘原子的方法. 5. 聚焦伊朗核問題近日，伊朗核問題成為國際社會矚目的焦點，聯(lián)合國安理會決議規(guī)定，伊朗必須停止所有與鈾濃縮相關(guān)的活動，伊朗表示，伊朗擁有和平利用核能的權(quán)利，將會繼續(xù)發(fā)展核項目. 美國認為伊朗“蔑視聯(lián)合國的決議”，并揚言要予以制裁并稱不排除對伊實施軍事行動的可能性, 美國的恐嚇引起伊朗的強烈反應(yīng)，伊朗核問題再次成為國際社會關(guān)注的焦點. “伊朗核問題”與中學(xué)物理知識密切相關(guān)，例析如下：例7 伊朗自世紀年代后期開始其核能發(fā)展計劃以來，先后建立了一個核電站，個核研究中心，個鈾處理設(shè)施, 年月日，伊朗已在雅茲德地區(qū)發(fā)現(xiàn)鈾礦并已成功提煉出鈾，伊朗開采鈾礦并建設(shè)鈾轉(zhuǎn)換和鈾濃縮設(shè)施，建立了一個完整的核燃料循環(huán)系統(tǒng).(1)在核燃料循環(huán)系統(tǒng)中,利用核反應(yīng)堆在工作時釋放的熱能使水汽化以推動汽輪發(fā)電，裂變反應(yīng)是目前核能利用中常用的反應(yīng)，以原子核為燃料的反應(yīng)堆中，當俘獲一個慢中子后發(fā)生的裂變反應(yīng)可以有多種方式，其中一種可表示為 . 235.0439 1.0087 138.9178 93.9154 反應(yīng)方程下方的數(shù)字是中子及有關(guān)原子的靜止質(zhì)量 (以原子質(zhì)量單位u為單位)，已知1 u的質(zhì)量對應(yīng)的能量為9.3102 MeV，此裂變反應(yīng)釋放的能量是_J .(2) 伊朗新型核電站如圖所示，它大體上可分為兩部分：一部分是利用核能產(chǎn)生蒸氣的核島，包括核反應(yīng)堆和一回路系統(tǒng)；另一部分是利用蒸汽發(fā)電的常規(guī)島，包括汽輪發(fā)電機系統(tǒng)，右圖是核電站大致構(gòu)造，其工程容量為30萬kW，假如全部都能夠發(fā)生這樣的裂變，釋放核能的1.2可轉(zhuǎn)化為電能，由此估算電站一年要消耗多少千克 ?解析：(1) 此裂變反應(yīng)的質(zhì)量虧損 = (235.0439 +1.0087 - 138.9178 - 93.9154 - 31.0087)u= 0.1933 u , 釋放能量=0.19339.3102MeV =180MeV =2.8810-11J . (2)電站一年所產(chǎn)生的電能E = P t , t365243600 s3.2107s，核反應(yīng)產(chǎn)生的總的核能 ，設(shè)需要消耗的為M (kg)，則, 電站一年要消耗的質(zhì)量為1.09104 kg .點撥：高考命題一直關(guān)注社會熱點, 注重理論聯(lián)系實際能力的考查, 考查考生能否通過閱讀和理解試題所給出的物理情境，從中獲取有用的信息，建立物理模型，尋找各物理量的聯(lián)系，最終解決問題. 在平時學(xué)習(xí)中，應(yīng)有意識地進行這一類社會熱點題的訓(xùn)練，學(xué)會如何篩選有用信息，摒除無效信息，學(xué)會將新信息與題目所求未知量掛起鉤來，培養(yǎng)運用新信息解題的能力. 平時還要多關(guān)注社會熱點的報道.6. 近年世界上重大科技突破 近年高考注重考查理論聯(lián)系實際的能力, 特別注重聯(lián)系科學(xué)技術(shù)的應(yīng)用和科學(xué)發(fā)展的前沿,由科技日報社組織, 中科院部分院士、多家中央新聞單位參與評選的2006年國際十大科技新聞是一個社會熱點,也是高考命題熱點,以此為背景命題, 可有效考查考生運用所學(xué)知識分析實際問題的能力. 如: 國際熱核聚變實驗堆(ITER)選址塵埃落定. 歐盟、美國、俄羅斯、日本、韓國和中國6月28日達成協(xié)議，將全球最大、代表世界未來能源科技最高水平的核聚變反應(yīng)堆(ITER)的建設(shè)地點，確定為法國南部的卡達拉什. 以此為背景命題可涉及的知識點有: 氘核和氚核的核反應(yīng)方程, 熱核聚變實驗堆釋放出的能量等.如:人類創(chuàng)造出一種全新物質(zhì)形態(tài)夸克膠子等離子體. 美國布魯克黑文國家實驗室4月18日宣布，利用相對論重離子對撞機制造出了夸克膠子等離子體, 這是一種全新的物質(zhì)形態(tài)，曾廣泛存在于宇宙誕生后的百萬分之幾秒內(nèi)。該成果是物理學(xué)界一次具有歷史意義的重大進展，為研究宇宙在誕生后的最初形態(tài)提供了新見解。以此為背景命題可涉及的知識點有: 夸克離子采用回旋加速器進行加速, 求加速器所需高頻交流電壓的頻率以及夸克離子能達到的最大能量. 例8 中國“環(huán)流器二號”的建成，為我國進一步探究微觀粒子，開展大規(guī)模物理實驗提供了堅實的物質(zhì)基礎(chǔ)和技術(shù)條件，在核聚變過程中, 會產(chǎn)生大量, , 等微觀粒子. 如圖所示，在一次粒子碰撞實驗中，觀察到一個速度幾乎為零的K 介子(電荷量與電子相同為 - e ) 與一個靜止質(zhì)子p發(fā)生相互作用, 生成一個介子(電荷量與質(zhì)子相同)和一個未知的x粒子，在勻強磁場B中，介子和x粒子的軌跡如圖所示, 已知B =1.5 T，測得介子軌跡半徑為Rl 40cm . (已知電子電量e=1.610-19 C ). 則（1）x粒子軌道圓半徑R2 =_ ; （2）現(xiàn)在實驗室中測得，介子的速度為0.8 c (c為光速)，由于它的速度接近光速，根據(jù)相對論效應(yīng)它高速運動時的質(zhì)量m (簡稱動質(zhì)量) 隨速度增大而增大右圖反映了粒子在不同速度時, 動質(zhì)量m與它靜止時的質(zhì)量m0 (簡稱靜質(zhì)量)的關(guān)系, 試確定介子的靜質(zhì)量m10=_;（3）通過計算并參考下表確定x粒子為_粒子. (設(shè)x粒子的動質(zhì)量近似等于它的靜質(zhì)量)粒子符號靜質(zhì)量m0 /(10-28kg)電荷量/ e0.009081, -11.881, -14.01, -18.781, -1p16.681n16.70021.01121.06021.36-1解析：（1）由電荷守恒可知：x粒子電荷量為 e. 由動量守恒 , 由圓周運動得, 與相比較可求得x粒子的軌道圓半徑 R2 =R1 =40cm . （2）由 4.010-28 kg , 設(shè)介子的靜質(zhì)量為m10 , 由題圖可知v1=0.8c時，, 得 m10=0.6m1 =2.410-28 kg （3）根據(jù)質(zhì)量守恒得 = (8.78 + 16.684.0)10-28 kg = 21.4610-28 kg , 根據(jù)題意, 可知 =21.4610-28 kg , 且由電荷守恒知x粒子帶一個負電荷, 故對照表可知其為粒子 7. 科技應(yīng)用與科學(xué)探究“科學(xué)、技術(shù)和社會”（STS）教育是世界各國科學(xué)教育改革中形成的一股潮流，它主張教育中應(yīng)該強調(diào)科學(xué)技術(shù)在社會生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用, 新課程改革體現(xiàn)了這一理念。近年高考命題加大了以STS為背