長度測量題中的創(chuàng)新意識考查點評

1、長度測量題中的創(chuàng)新意識考查點評文/李永科長度測量是物理學(xué)中的最基本的測量，它包括直接測量和間接測量長度測量的工具有刻度尺、游標(biāo)卡尺、千分尺，它們屬于長度的直接測量，也是高考物理考試的熱點其實，物理學(xué)中還有一些有創(chuàng)意的長度測量的方法，即間接測量其與基本的長度測量儀器相比較，同樣內(nèi)涵豐富，考查功能明顯，因此，倍受高考物理命題專家的青睞下面是筆者對有關(guān)長度測量方面問題的認識，愿與同行進行交流一、長度測量實驗原理的創(chuàng)新意識1電學(xué)原理例1（1996年上海市高考題）是一根表面均勻鍍有很薄發(fā)熱電阻膜的長陶瓷管（其長度為50左右，直徑為10左右）已知鍍膜材料的電阻率為管的兩端有導(dǎo)電箍、現(xiàn)給你米尺、電壓表、電流

2、表、電源、滑動變阻器、開關(guān)和若干導(dǎo)線請你設(shè)計一個測定膜厚的實驗方案（1）實驗中應(yīng)測量的物理量是_；（2）在虛線框內(nèi)用符號畫出測量電路圖；（3）計算膜厚的公式是_圖1圖2分析本題雖然給有米尺，可以用來測量陶瓷管的長度和其直徑，但卻無法用來測定膜厚，因為發(fā)熱電阻膜很薄當(dāng)然根據(jù)題意可知，游標(biāo)卡尺、千分尺亦不能用來測定膜厚該命題獨辟蹊徑，要求考生創(chuàng)造性地應(yīng)用伏安法測電阻的原理、電阻定律、面積公式來進行微小長度的測定如果思維缺乏靈活性，勢必“山重水復(fù)”；如果思維有創(chuàng)新意識，定能“柳暗花明”參考答案：（1）、（2）如圖2所示（電流表內(nèi)接、外接均可）（3）2熱學(xué)原理例2臭氧在大氣中的含量甚微，其濃度分布因海

3、拔高度而異，濃度峰值在離地24左右的高度處臭氧在大氣中豎直高度的總含量相當(dāng)于壓強為1、溫度為273時厚度為030左右的氣體層大氣壓隨地面高度的增大而減小，經(jīng)驗公式為0（8000），其中0為地球表面的大氣壓若臭氧層集中在高24處的大氣層中，設(shè)在該高處溫度為50，試估測臭氧層的厚度分析在高空用基本儀器測量臭氧層厚度是非常困難的，亦不符合題意，怎樣估測是解決問題的關(guān)鍵如果能利用熱學(xué)原理，即將長度測量與氣體狀態(tài)方程聯(lián)系起來，則難點不攻自破解由08000，得24處的大氣壓0050，地球表面的大氣壓強為0由氣態(tài)方程111，得1111，1、為氣體分別處在地面和24高空處的厚度，令1，代入數(shù)據(jù)，得493力學(xué)原

4、理例3（第14屆全國中學(xué)生物理競賽題）測定患者的血沉，在醫(yī)學(xué)上有助于醫(yī)生對病情作出判斷設(shè)血液是由紅血球和血漿組成的懸濁液，將此懸浮液放進豎直放置的血沉管內(nèi)，紅血球會在血漿中勻速下沉，其下沉速率稱為血沉某人的血沉的值大約是10如果把紅血球近似看作半徑為的小球，且認為它在血漿中下沉?xí)r所受的粘滯阻力為6在室溫下18×103·已知血漿的密度010×1033，已知紅血球的密度13×1033試由以上數(shù)據(jù)估算紅血球半徑的大?。ńY(jié)果取一位有效數(shù)字即可）分析本題雖然有許多醫(yī)學(xué)名詞，如血沉、血漿、紅血球，學(xué)生不一定理解，但只要挖掘出命題者具有獨特創(chuàng)意的長度測量的力學(xué)原理牛頓

5、運動定律，必然“絕處逢生”解對紅血球在重力、浮力和粘滯阻力的作用下做勻速下落運動，所以（43）3（43）306，取102，解得3×106二、長度測量設(shè)計思想的創(chuàng)新意識1累積放大通常長度測量是根據(jù)待測長度的大小來選擇所需的長度測量儀器，然而有些命題要求學(xué)生只能用給定的長度測量儀器進行測量，如只用毫米刻度尺測量一張薄紙的厚度或細導(dǎo)線的直徑，那么，就必須采用測多算少，累積放大的方法，其設(shè)計思想的創(chuàng)新意識令人耳目一新如果學(xué)生缺乏累積放大思維，必將陷入解題困境2光放大傳統(tǒng)的精密長度測量儀器的設(shè)計借助機械放大原理，如千分尺將螺桿的微小線位移放大為角位移，在實際中，如果要測玻璃纖維絲的直徑，顯然，

6、千分尺也難“再展身手”例4如圖3所示，用尖劈空氣膜干涉法測定玻璃纖維絲的直徑已知照射的光波波長為059，28880，相鄰兩條明紋間距為429，則玻璃纖維絲的直徑為多少?圖3分析本題利用光的干涉將長度進行放大測量，提高了測量精度解根據(jù)題意可知尖劈空氣膜可產(chǎn)生的明紋總條數(shù)為2，則2199三、長度測量器材的創(chuàng)新意識例5（第15屆奧林匹克物理競賽實驗第5題）測量一只鉛筆的長度器材：支架、細線、小球、秒表和膠布分析通常測量長度的器材此題并不具備，顯然直接測量已不可能如果沒有對給定器材進行聯(lián)想創(chuàng)新，將無法在長度測量上取得突破性進展聯(lián)想1：由所給器材，做成一個單擺，再根據(jù)單擺周期公式計算擺長但缺點是擺長（鉛

7、筆長）太短，不合單擺要求聯(lián)想2：用鉛筆量4、5次的線作擺長，缺點是累計誤差太大聯(lián)想3：由所給器材做兩個擺長不同的單擺，使擺長的差為一個鉛筆的長度，測量兩個單擺的周期1、，計算擺長的差1解用大約1的細線作擺長構(gòu)成一個單擺，測出其周期1，然后將單擺的擺長增加（或縮短）一個鉛筆長，并測出其周期，由單擺周期公式2，得（122）4四、長度測量目的的創(chuàng)新意識例6（2000年春季北京、安徽高考第20題）、兩地間鋪有通信電纜，長為，它是由兩條并在一起彼此絕緣的均勻?qū)Ь€組成，通常稱為雙線電纜在一次事故中經(jīng)檢查斷定是電纜上的某處絕緣保護層損壞，導(dǎo)致兩導(dǎo)線之間漏電，相當(dāng)于該處電纜的兩導(dǎo)線之間接了一個電阻檢查人員經(jīng)過下面的測量可以確定損壞處的位置：（1）令端的雙線斷開，在處測出雙線間的電阻；（2）令端的雙線斷開，在處測出雙線間的電阻；（3）在端的雙線間加一已知電壓，在端用內(nèi)阻很大的電壓表測出兩線間的電壓試由以上測量結(jié)果確定損壞處的位置分析本題將長度測量（目的）轉(zhuǎn)化為電學(xué)中故障問題的確定解設(shè)雙線電纜每單位長度的電阻為，漏電處電阻為，漏電處距端為，則，（），根據(jù)歐姆定律，可知（），解得（）（）2）五、長度測量技巧的創(chuàng)新意識例7（1999年上海高考第14題）古代希臘某地理學(xué)家通過長期觀測，發(fā)現(xiàn)6月21日正午時刻，在北半球城陽光與鉛直方向成75°的角向下射，而在城正南方，與城地面距離為的城