情景信息題的分析方法及解答

1、物理培優(yōu)資料情景信息題的分析方法及解答一、情景信息題的特點(diǎn)這類題多以當(dāng)今社會(huì)熱點(diǎn)和最新科技動(dòng)態(tài)為立意背景，在題 干中給出解題所需新知識(shí)、新情境、新方法等新信息。它要求獨(dú) 立完成現(xiàn)場(chǎng)學(xué)習(xí)、接受新信息、將信息進(jìn)行有效提煉、聯(lián)想、類 比等處理，并與原有知識(shí)銜接，進(jìn)而遷移，解決問題。例1. “神舟”五號(hào)飛船完成了預(yù)定空間科學(xué)和技術(shù)試驗(yàn)任 務(wù)后，返回艙開始從太空向地球表面按預(yù)定軌道返回。在返回時(shí) 先要進(jìn)行姿態(tài)調(diào)整，飛船的返回艙與留軌艙分離，返回艙以近 8km/s的速度進(jìn)入大氣層，當(dāng)返回艙距地面30km時(shí)，返回艙上 的回收發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)。相繼完成拉出天線、拋掉底蓋等動(dòng)作。在飛 船返回艙距地面20km以下的高度

2、后，速度減為200m/s而勻速 下降，此段過程中返回艙所受空氣阻力為f=Pv2S/2，式中P為 大氣的密度，v是返回艙的運(yùn)動(dòng)速度，S為與形狀特征有關(guān)的阻 力面積，當(dāng)返回艙距地面高度為10km時(shí)，打開面積為1200m2 的降落傘，直到速度達(dá)到8.0m/s后勻速下落。為實(shí)現(xiàn)軟著陸（即 著陸時(shí)返。回艙的速度為0），當(dāng)返回艙離地面1.2m時(shí)反沖發(fā)動(dòng) 機(jī)點(diǎn)火，使返回艙落地的速度減為零，返回艙此時(shí)的質(zhì)量為 2.7x103kg，忽略此時(shí)的空氣阻力，取g=10m/s2.（1）、用字母表示出返回艙在速度為200m / s時(shí)的質(zhì)量。（2）、定性分析把降落傘全部打開后到反沖發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火前，返 回艙的加速度和速度的變化

3、情況。（3）、求反沖發(fā)動(dòng)機(jī)的平均反推力的大小及反沖發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)返回 艙做的功。本題的特點(diǎn)是信息量極大，學(xué)生開始接觸到這樣的題時(shí)很不 習(xí)慣，但對(duì)于培優(yōu)班的學(xué)生，教師在指導(dǎo)學(xué)生認(rèn)真審題后，可以 編制一些小的問題，讓他們進(jìn)行討論，然后找出與解題相關(guān)的信 息，便可很快地按常規(guī)題的方法來求解。具體的解答過程可以表 述如下：解當(dāng)返駒在速度為MWs時(shí)浸艇加助械而勻速下落根據(jù)軸第 TOC o 1-5 h z 二劇 呻少0（I分）根據(jù)已知條件1得嗜-；邳=0（2分）解得!.（1 分）（2）在降落傘全麴開后，返酷的加速度蹣誠(chéng)小，加速度方向向上（2分成瞰的速度不斷誠(chéng)小,直到速度減憫8.（Ws后勻速下落。（2分）（3）反

4、沖發(fā)動(dòng)機(jī)工作后,使返回螂速度由8血/或小到您回艘到發(fā)動(dòng)機(jī)的反沖力F作用做朋瞬動(dòng)孟動(dòng)位移加=L2m,根據(jù)動(dòng)能定理（mg-F）h = O-：M（3 分）代人睡蹦E.9WN.（1分）反械動(dòng)機(jī)對(duì)返回毓的功恥屈二 1,188x1%（2 分）二、利用信息情景題培養(yǎng)學(xué)生良好的思維習(xí)慣例2.太陽帆飛船是利用太陽光的壓力進(jìn)行太空飛行的航天 器.由于太陽光具有連續(xù)不斷、方向固定等特點(diǎn)，借助太陽帆為 動(dòng)力的航天器無須攜帶任何燃料，在太陽光光子的撞擊下，航天 器的飛行速度會(huì)不斷增加，并最終飛抵距地球非常遙遠(yuǎn)的天 體.現(xiàn)有一艘質(zhì)量為663kg的太陽帆飛船在太空中運(yùn)行，其帆面 與太陽光垂直.設(shè)帆能100%地反射太陽光，帆

5、的面積為66300m2、 且單位面積上每秒接受太陽輻射能量為E=1.35X 104W/m。，已 知太陽輻射能量的絕大多數(shù)集中在波長(zhǎng)為2X10-7m1X10-5m 波段，計(jì)算時(shí)可取其平均波長(zhǎng)為10-6m，且不計(jì)太陽光反射時(shí)頻 率的變化.普朗克常量h = 6.63X 10-34js.試求：、每秒鐘射到帆面的光子數(shù)為多少？、由于光子作用，飛船得到的加速度為多少？參考解答： TOC o 1-5 h z 、每秒光照射到帆面上的能量E = E0光子的平均能量八心 且=c人每秒射到帆面上的光子數(shù)n E佳N E / o聯(lián)列，得 N E0Sk / hc代人數(shù)據(jù)得N -4.5 x 1026個(gè)、每個(gè)光子的動(dòng)量p h

6、/人 光射到帆面被反彈，由動(dòng)量定理Ft 2 Ntp對(duì)飛船，由牛頓第二定律F=ma由得a =9 x 10 -4 m / s通過上面的分析得出解題的一般思路：文字一提煉信息一 建立模型一 運(yùn)用規(guī)律。例3已知物體從地球上的逃逸速度（第二宇宙速度）v= 2GM其中G、M、R分別是萬有引力恒量、地球的質(zhì)量和半徑。 I： R已知 G=6.67X10-iiN.m2/Kg2、光速 c=2.9979X 108m/s ,求下列問 題：（1）、逃逸速度大于真空中光速的天體叫黑洞，設(shè)某黑洞的 質(zhì)量等于太陽的質(zhì)量M=1.98X 1030Kg ,求它的可能最大半徑。（2）、在目前天文觀察范圍內(nèi)物質(zhì)的平均密度為10-27K

7、g/m3, 如果認(rèn)為我們的宇宙是這樣的一個(gè)均勻大球體，其密度使得它的 逃逸速度大于光在真空中的速度C,因此任何物體都不能脫離宇 宙。問宇宙的半徑至少多大？解答要點(diǎn)：類比地球的逃逸速度v二 豆，推廣到太陽和宇宙問 R題中去，研究對(duì)象為黑洞。（1） 還 ,即R c,得 R4.23X1010 光年。3 R解題思路小結(jié)：立意高，而落點(diǎn)低，樹立解題的信心。思路歸納：文字一提煉信息一建立模型一運(yùn)用規(guī)律。三、通過對(duì)提煉信息能力的訓(xùn)練，使學(xué)生掌握新信息、 新知識(shí)、新方法與原有物理知識(shí)銜接解決新問題的方法。例3. 2003年10月15日上午9時(shí)正，我國(guó)在甘肅酒泉衛(wèi)星 發(fā)射中心成功發(fā)射“神舟五號(hào)”載人飛船，這是我

8、國(guó)首次實(shí)現(xiàn)載 人航天飛行，也是全世界第三個(gè)具有發(fā)射載人航天器能力的國(guó) 家?！吧裰畚逄?hào)”飛船長(zhǎng)8086m，質(zhì)量為7990kg。飛船在達(dá)到預(yù) 定的橢圓軌道后運(yùn)行的軌道傾角為42.40，近地點(diǎn)高度200km， 遠(yuǎn)地點(diǎn)高度350km。實(shí)行變軌后，進(jìn)入離地約350km的圓軌道 上運(yùn)行，飛船運(yùn)行14圈后于16日凌晨在內(nèi)蒙古自治區(qū)成功著陸。（地球半徑取R0=6.4x103km，地球表面重力加速度g=10m/s2）（計(jì)算結(jié)果保留三位有效數(shù)字。已知60.7平方根等于7.79（求：(1)飛船變軌后在圓軌道上正常運(yùn)行時(shí)的速度。(2)飛船變軌后在圓軌道上正常運(yùn)行的周期是多少分鐘?解：式可得:（1）、飛船在圓軌道上運(yùn)行

9、時(shí)，由萬有引力和向心力公GMm/R2=mv2/R， 當(dāng)飛船在地球表面飛行時(shí)，有:GMm/R02=mg，由該兩式可得：v=7.79x103m/s(2)由公式T=2 nR/v可得： T=90.7min、利用近代物理知識(shí)解答信息題例4.根據(jù)量子理論，光子具有動(dòng)量。光子的動(dòng)量等于光子的能量除以光速，即P=E/c。光照射到物體表面并被反射時(shí)，會(huì) 對(duì)物體產(chǎn)生壓強(qiáng)，這就是“光壓”。光壓是光的粒子性的典型表 現(xiàn)。光壓的產(chǎn)生機(jī)理如同氣體壓強(qiáng)：由大量氣體分子與器壁的頻 繁碰撞產(chǎn)生了持續(xù)均勻的壓力，器壁在單位面積上受到的壓力就 是氣體的壓強(qiáng)。（1）激光器發(fā)出的一束激光的功率為P，光束的橫截面積為 S。當(dāng)該激光束垂直

10、照射在物體表面時(shí)，試計(jì)算單位時(shí)間內(nèi)到達(dá) 物體表面的光子的總動(dòng)量。（2）若該激光束被物體表面完全反射，試求出其在物體表面 引起的光壓表達(dá)式。（3）設(shè)想利用太陽的光壓將物體送到太陽系以外的空間去， 當(dāng)然這只須當(dāng)太陽對(duì)物體的光壓超過了太陽對(duì)物體的引力才行。 現(xiàn)如果用一種密度為1.0 x103kg/m3的物體做成的平板，它的剛性 足夠大，則當(dāng)這種平板厚度較小時(shí)，它將能被太陽的光壓送出太 陽系。試估算這種平板的厚度應(yīng)小于多少（計(jì)算結(jié)果保留二位有 效數(shù)字）？設(shè)平板處于地球繞太陽運(yùn)動(dòng)的公轉(zhuǎn)軌道上，且平板表 面所受的光壓處于最大值，不考慮太陽系內(nèi)各行星對(duì)平板的影 響。已知地球公轉(zhuǎn)軌道上的太陽常量為1.4x10

11、3j/m2s （即在單位 時(shí)間內(nèi)垂直輻射在單位面積上的太陽光能量），地球繞太陽公轉(zhuǎn) 的加速度為5.9x10-3m/s2）解：（1）、設(shè)單位時(shí)間內(nèi)激光器發(fā)出的光子數(shù)為n，每個(gè)光 子的能量為E，動(dòng)量為p，則激光器的功率為 P=nE所以，單位時(shí)間內(nèi)到達(dá)物體表面的光子總動(dòng)量為：p=np=nE/c=P/c（2）、激光束被物體表面完全反射時(shí)，其單位時(shí)間內(nèi)的動(dòng)量改 變量為：Ap=2p總=2P/c ，根據(jù)動(dòng)量定理，激光束對(duì)物體表面 的作用力為：F=2P/c，因此，激光束在物體表面引起的光壓 為：p 壓=2P/cs（3）、設(shè)平板的質(zhì)量為m，密度為P，厚度為d，面積為s， 已知太陽常量為J;地球繞太陽公轉(zhuǎn)的加速度

12、為a。利用太陽的 光壓將平板送到太陽系以外的空間去，必須滿足條件：太陽對(duì)平 板的壓力大于太陽對(duì)其的引力。結(jié)合（2）的結(jié)論，有：2Js/cma，而平板的質(zhì)量m= pds，所以：d2J/cpa， 解以上各式可得：d1.6x10-6（m），因此，平板的厚度應(yīng)小于 1.6x10-6（m）。五、理論聯(lián)系實(shí)際，解答好信息情景題例5.某些城市交通部門規(guī)定汽車在市區(qū)某些街道行駛不得 超過vm=30km/h。一輛汽車在該水平路段緊急剎車時(shí)車輪抱死， 沿直線滑行一段距離后停止，交警測(cè)得車輪在地面上滑行的軌跡 長(zhǎng)為sm=10m。從手冊(cè)中查出該車輪與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為 =0.72， 取 g = 10m/s2。（1）

13、、請(qǐng)你判斷汽車是否違反規(guī)定超速行駛；（2）、目前，有一種先進(jìn)的汽車制動(dòng)裝置，可保證車輪在制動(dòng)時(shí) 不被抱死，使車輪仍有一定的滾動(dòng)，安裝了這種防抱死裝置的汽 車，在緊急剎車時(shí)可獲得比車輪抱死更大的制動(dòng)力，從而使剎車 距離大大減小。假設(shè)汽車安裝防抱死裝置后剎車制動(dòng)力恒為F, 駕駛員的反應(yīng)時(shí)間為t。汽車的質(zhì)量為m,汽車行駛的速度為v， 試推出剎車距離s的表達(dá)式。（揭陽模擬）解：（1）、汽車剎車且車輪抱死后，汽車受滑動(dòng)摩擦力作用 勻減速運(yùn)動(dòng)滑動(dòng)摩擦力f=umg,汽車的加速度a=f =ug ,m由 v2 - v2= 2as vt = ，t 0L則 v = J2pgs = 12m/ s = 43.2Rm/

14、h 30km/h,.這輛車是超速的。（2）、剎車距離由兩部分組成，一是司機(jī)在反應(yīng)時(shí)間內(nèi)汽車 行駛的距離s1，二是剎車后勻減速行駛的距離s2 ,*/s = s1 + s2 = vt+ v22a加速度大小a= Lm.s=vt+ m22 F例6、有一空間探測(cè)器對(duì)一球狀行星進(jìn)行探測(cè)，發(fā)現(xiàn)該行星 上無生命存在，在其表面上，卻覆蓋著一層厚厚的凍結(jié)的二氧化 碳（干冰）。有人建議利用化學(xué)方法把二氧化碳分解為碳和氧氣 而在行星上面產(chǎn)生大氣，由于行星對(duì)大氣的引力作用，行星的表 面就存在一定的大氣壓強(qiáng)。如果一秒鐘可分解得到1 6kg氧氣， 要使行星表面附近得到的壓強(qiáng)至少為p = 2X104Pa,那么請(qǐng)你估 算一下，至少需要多少年的時(shí)間才能完成？已知行星表面的溫度 較低，在此情況下，二氧化碳的蒸發(fā)可不計(jì)，探測(cè)器靠近行星表 面運(yùn)行和周期為2h,行星的半徑r= 1750km,大氣層的厚度與行 星的半徑相比很小，結(jié)果保留兩位有效數(shù)字。（