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1、1物理学中物理学中 STS 热点试题的归类分析（上）热点试题的归类分析（上）山东 贾玉兵命题趋势预测命题趋势预测随着高考改革的不断推进，知识与能力，以能力考核为主；理论与实际，以解决现实问题为中心；这些已成为高考命题的一个指导思想。因为考生在解决实际问题时，最能显示其能力大小，而且还能引导学生关注身边发生的现象和事件，关注科技进步和社会发展。2006 年高考理综卷的命题将会继续贯彻这一原则。本文所选的素材都是一些常听到的、常看到的、常被关注的但不一定认真思考过的问题。典例剖析的同时给出针对练习，旨在抛砖引玉，引起同学们的注意，更加注重理论联系实际，关注最新科技进展、社会热点、身边物理。一、日常
2、生活中物理问题的分析应用一、日常生活中物理问题的分析应用解决实际应用型题目的过程，实质上是对复杂的实际问题以本质因素（如运动的实际物体、问题的条件、物体的运动过程等）加以抽象、概括，通过简化，构建相关物理模型，依相应物理规律求解并还原为实际问题求出答案的过程。类型一、交通运输类类型一、交通运输类常见的问题类型有：汽车行驶的离心问题、交通事故、火车提速、磁悬浮列车、飞机飞行、桥梁设计、自行车的传动问题、反射问题、供电问题等。解决这类问题时要用到的知识：牛顿定律与运动学公式、机车运动中的功率问题、向心力公式、电磁感应现象等。【例 1】 某司机为了确定他汽车上货物的质量，采用了这样的方法：让汽车以额
3、定功率P 由静止启动，沿着平直公路运行到最大速度时，司机从速度表上读出最大速度为 v，根据他平时总结的规律，汽车运行时受到的阻力与其所受的重力成正比，且比例系数为 k。若汽车自身质量为 M，则车上所装货物的质量是多少？【解析】设车上所装货物的质量为 m，由题意可知，汽车运行时受到的阻力为f=k（M+m）g当汽车的速度达到最大时，汽车的牵引力满足vPfF联立以上两式解得MgkvPm归纳警示：（1）对交通运输类问题，区别不同运输工具的原理，构建各自的物理模型，依据对应的物理规律解题，是解决此类问题的基本思路。（2）汽车是以恒定功率启动，当牵引力减小到等于阻力的大小时，速度达到最大值。另2外要注意以
4、恒定加速度启动时，牵引力 F 不变，速度越来越大，功率越来越大，当达到额定功率时，功率将不变。速度增大，牵引力减小，加速度减小，当时匀速。fF 针对练习 1：某一特殊路段的速度规定不能超过 40 kmh。有一辆卡车遇紧急情况刹车，车轮抱死滑过一段距离后停止。交警测得刹车过程中在路面擦过的痕迹长度是 14 m。从厂家的技术手册中查得该车轮胎与地面的动摩擦因数是 0.7。（1）假如你是一位交警，请你判断该卡车是否超速行驶。（2）如果这辆卡车安装了 ABS（车轮防抱死系统） ，具有恒定的制动力 F，驾驶员的反应时间为 t0（从发现情况到操纵制动器的时间） ，汽车总质量为 m，行驶速度为 v0请你给出
5、刹车时的停车距离 s 的数学表达式，并讨论所得表达式的物理意义 （取重力加速度为 g=10 ms2）答案：（1）超速；（2）刹车时的停车距离，质量 mFmvtvavvtvst 222 0 002 0200越大，行驶速度 v0越大，反应时间 t0越大，制动力 F 越小，刹车时的停车距离 s 越大。因此，严禁超载、超速、疲劳及酒后驾驶。 针对练习 2：很多国家交通管理部门为了交通安全，制定了死亡加速度为 500g，行车加速度超过此值将有生命危险。这个加速度一般车辆达不到，只有发生交通事故，车辆碰撞时间达到毫秒数量级时才可能产生。例如，两辆摩托车时速均为 20km/h（5.6m/s）相向而行，发生碰
6、撞，碰撞时间为 0.001s，之后两车均静止。求：（1）撞车过程中的平均加速度大小。（2）头部是人体最脆弱的部分，它的最大承受力为 22.8kN，若人的头部质量为 5kg，发生上述碰撞时人头部受力多大。（3）如果开汽车时系好安全带，骑摩托车时戴好安全帽，可以起缓冲作用，使碰撞时间延长。当上述的碰撞时间延长到 0.002s 时，人的头部实际受力是否超过 22.8kN？答案：（1）560g， （2）2.8104N， （3）1.4104N，没有超过。 类型二、体育运动类类型二、体育运动类试题中经常涉及到的体育项目有：跳高、跳水、跳伞、蹦极跳、撑杆跳、体操、滑雪、乒乓球、网球、排球、铅球等等。解决这类
7、问题用到的主要知识：牛顿定律及运动学公式、功能关系等。【例 2】 质量为 40kg 的雪撬在倾角=37的斜面上向下滑动，如图 1 甲所示，所受的空气阻力与速度成正比。今测得雪撬运动的 v-t 图象如图1 乙所示，且 AB 是曲线的切线，B 点坐标为15图 1v/ms-1t乙1005246810DACB甲3（4，15） ，CD 是曲线的渐近线。试求空气的阻力系数 k 和雪撬与斜坡间的动摩擦因数（g=10 m/s2）【解析】由图象可得，A 点加速度 aA2.5m/s2；最终雪橇匀速运动时最大速度vm=10m/s，由牛顿运动定律得：mgsin37-mgcos37-5 k=maAmgsin37-mgc
8、os37-10 k=0代入数据解得： =0.125 k=20Ns/m归纳警示：将复杂的实际问题进行简化，转化为相关物理模型是解决问题的突破口。本题考查力和运动的关系，结合物理图象获取有效信息是解决问题的一个难点。针对练习 3：如图 2 所示，甲、乙两个同学在直跑道上练习 4100 m 接力，他们在奔跑时有相同的最大速度。乙从静止开始全力奔跑需跑出 25 m 才能达到最大速度，这一过程可看作匀变速直线运动，现在甲持棒以最大速度向乙奔来，乙在接力区伺机全力奔出。若要求乙接棒时奔跑达到最大速度的 80%，则：（1）乙在接力区须奔出多少距离？（2）乙应在距离甲多远时起跑？答案：16 m；24 m。 针
9、对练习 4：跳绳比赛是一种较剧烈的运动，某同学质量为 50kg，他每分钟跳绳 120 次，假定在每次跳跃中，脚与地接触时间是跳跃一次所需时间的 35，运动过程中测得他的心跳每分钟 140 次，血压平均为 3104Pa，已知心跳一次约输送 10m3的血液，平时心脏正常工4作的平均功率约为 1.5W，g 取 10m/s2，求：（1）该同学腾空高度约多大？（2）跳绳时克服重力做功的平均功率多大？（3）此时他的心脏的平均功率比平时提高了多少倍？ 答案：（1）0.05m， （2）50W， （3）3.7 倍。 类型三、医疗问题类类型三、医疗问题类医疗上常见的物理类问题有：输液、心电图、测血液体积、热疗疹断
10、、测血沉、刀、激光治疗仪、测肺活量、CT 等等这类问题涉及到的主要内容：气体压强、液体压强、射线的性质等。【例 3】 正常人心脏在一次搏动中泵出血液大约 70mL，正常人血压（可看做心脏压送血液的压强）的平均值约为 1.6104Pa，设心脏主动脉的内径约为 2.5cm，心跳约每分钟 75 次，求：（1）心脏推动血液游动的平均功率是多大？（2）血液从心脏流出的平均速度是多少？（3）把一种对人体无害且不能透出血管的试剂共 9mg，由静脉一次性注入人体内，在安静的情况下图 2图 34经过一定时间后抽取血样检查，发现该试剂浓度已稳定在 2mgL1，由此人体中血液总量为多少？【解析】 （1）将心脏输送血
11、液与气筒打气相类比，建立如图 3 所示恒力做功的物理模型，由恒力做功的公式得，心脏每跳动一次做的功为 W1FLpSLpV.所以心脏推动血液流动的平均功率为PW4 . 160sJ1070106 . 17564 1tVnp tnW tW（2）每分钟心脏输出血量为 VnV07570106m35.25103m3.心脏主动脉横截面积 p Sr23.14（1.25102）2m24.9104m2.则血液从心脏流出的平均速度为ms10.18ms1.60109 . 41025. 543stVv（3）设循环总血量为 V总，由于，2mgL1，则 V总4.5L.总Vmg9归纳警示：归纳警示：本题从生物（医学）材料入手
12、，考查了综合运用物理学科中功、功率、流量等概念.建立简单的物理模型解决生物（医学）实际问题的能力，能有效训练建模化归的思维能力.针对练习 5： 测定患者的血沉，在医学上有助于医生对病情作出判断。将一些血液放进竖直放置的血沉管内，红血球就会在血浆中匀速下沉，其下沉速率称为血沉。设血液是由红血球和血浆组成的悬浮液，某人的血沉 v 的数值大约是 10mmh1，如果把红血球近似地看做是半径为 R 的小球，且认为它在血浆中下沉时所受粘滞阻力 f6Rv，在室温下1.8103Pas。已知血浆的密度 01.0103kgm3，红血球的密度1.3103kgm3。问：（1）血浆在人体内属于人体的（ ）A.细胞内液
13、B.细胞外液 C.体液 D.细胞生活的液体环境（2）根据题中所给信息，估算红细胞半径的大小（结果保留一位有效数字） 。（3）根据（2）中计算结果，判断红血球和血浆组成的血液属于（ ） 。A.溶液 B.浊液 C.胶体 D.以上都不是答案：（1）BCD （2）3106m （3） B针对练习 6：在医院中，要抽动血液时，由于不允许传动的机械部分与血液相接触，而血液又是导电液，常使用一种电磁泵，如图 4 所示为这种电磁泵的结构。将导管放在磁场中，当电流通过导电液体时，这种液体即被驱动。如果导管的横截面积为 ah，磁图 45场宽度为 L，磁感应强度为 B，液体穿过磁场区域的电流强度为 I，求驱动力造成的
14、压强差为多少？答案：paBI类型四、家用电器类类型四、家用电器类【例 4】如图 5 所示，有的计算机键盘的每一个键下面都连有一小块金属片，与该金属片隔有一定空气隙的是另一块小的固定金属片，这两块金属片组成一个小电容器。该电容器的电容 C 可用公式计算，式中常量F/m，S 表示金属片的正对面积，d 表示dSC12109两金属片间的距离。当键被按下时，此小电容器的电容发生变化，与之相连的电子线路就能检测到是哪个键被按下了，从而给出相应的信号。设每个金属片的正对面积为 50mm2 ，键未按下时两金属片的距离为 0.6mm。如果电容变化了 0.25pF，电子线路恰能检测出必要的信号，则键至少要被按下
15、mm。【解析】据得：C =7.510-13 FdSC当键被按下时，电容增加=0.25 p FdC即，ddSCCddd CCC所以0.15mmCCCdd归纳警示：归纳警示：计算机是现代家庭生活必备的电器。此题考查的是计算机键盘，只有将其抽象成电容模型，才能得以解决。有的同学不能把题给情景抽象为电容模型，而找不到解题的突破口，造成误解。针对练习 7：如图 6 所示是 4 种亮度可调的台灯电路示意图，它们所用的白炽灯泡相同，且都是“220V，40W” ，当灯泡所消耗的功率都调至 20W 时，则台灯所消耗的功率最小的是（ ）答案：C针对练习 8：如图 7（a）为电热毯的电路图，电热丝接在 U311sin100t（V）的图 5图 6图 76电源上，电热毯被加热到一定温度后，通过装置 P 使输出电压变为图 7（b）所示波形，从而进入保温状态。若电阻丝电阻保持不变，此时交流电压表的读数是（ ）A110VB156VC220V D311V 答案：B针对练习 9：电视机的显像管中，电子束的偏转是用磁偏转技术实现的。电子束经过电压为 U 的加速电场后，进入一圆形匀强磁场区域，如图 8 所示。磁场方向垂直于圆面。磁场区中心为 O，半径为 r。当不加磁场时，电子束将通过 O 点而打到屏幕的中心 M 点。为了让电子束射到屏幕边缘 P 点，需要加一匀强磁场，使电子束偏转一已知角度，此时磁场的磁感应
