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1、高考物理新题型 近年来，各地的高考物理试题中出现了不少物理STS试题，也涌现了一批新题型本讲座将就物理STS暨高考物理新题型做一简要介绍物 理 STS纵览近年各地的高考物理试题，浓重的STS气息扑面而来，出现了不少联系生活、生产实际的试题这类试题选材灵活，立意新颖，要求考生对试题所展示的实际情景进行分析、判断，弄清楚物理情景，抽象出物理模型，然后运用相应的物理知识解答1物理学与现代生活在物理学习中，广泛地联系社会生活实际，将大大地扩充自己的知识面，开拓自己的眼界，从而感到物理学就在身边，是一门活生生的学问【例1】（2003年全国理科综合卷） 曾经流行过一种向自行车车头灯供电的小型交流发电机，图
2、1为其结构示意图图中N、S是一对固定的磁极，abcd为固定在转轴上的矩形线框，转轴过bc边中点、与ab边平行，它的一端有一半径r01.0cm的摩擦小轮，小轮与自行车车轮的边缘相接触，如图2所示当车轮转动时，因摩擦而带动小轮转动，从而使线框在磁极间转动设线框由N800匝导线圈组成，每匝线圈的面积S20cm2，磁极间的磁场可视作匀强磁场，磁感强度B0.010T，自行车车轮的半径R135cm，小齿轮的半径R24.0cm，大齿轮的半径R310.0cm（见图 2）现从静止开始使大齿轮加速转动，问大齿轮的角速度为多大才能使发电机输出电压的有效值U3.2V？（假定摩擦小轮与自行车轮之间无相对滑动）答案3.2
3、 rad/s【例2】 电磁炉专用平底锅的锅底和锅壁均由耐高温绝缘材料制成起加热作用的是安装在锅底的一系列半径不同的同心导电环（导电环的分布如图所示）导电环所用材料每米的电阻为，从中心向外第n个同心圆环的半径为（n1，2，3，），已知cm当电磁炉开启后，能产生垂直于锅底方向的变化磁场，该磁场的磁感应强度B随时间的变化率为，求： （1）半径为r1的导电圆环中感应电流的最大值是多少? （2）假设导电圆环产生的热全部以波长为m的红外线光子辐射出来，那么半径为r1的导电圆环上每分钟辐射出的光于数是多少? （3）若不计其他损失，所有（共7个）导电圆环释放的总功率P是多大?（以上计算中可取，Js）答案 A，
4、W【例3】家用微波炉是一种利用微波的电磁能加热食物的新灶具，主要由磁控管、波导管、微波加热器、炉门、直流电源、冷却系统、控制系统、外壳等组成，如图为磁控管的示意图，一群电子在垂直于管的某截面内做匀速圆周运动，在管内有平行于管轴线方向的匀强磁场，磁感应强度为B，在运动中这群电子时而接近电极1，时而接近电极2，从而使电极附近的电场强度发生周期性变化，由于这一群电子散布的范围很小，可以看作集中在一点，共有N个电子，每个电子的电量为e，质量为m，设这群电子圆形轨道的直径为D，电子群离电极1端点P的最短距离为r （1）这群电子做圆周运动的速率、频率各是多少?（2）在电极1的端点P处，电场强度变化的频率是
5、多少?（3）在电极1的端点P处，运动的电子群产生的电场强度最大值、最小值各是多少?答案 （1）， （2） （3），【例4】如图所示是家用电冰箱的压缩启动装置的电路，其中，运行绕组是电冰箱在工作时的电动机定子，由于它是两向的，启动时必须依靠启动绕组的帮助才能产生旋转磁场。在启动绕组的分路中串联有一个PTC元件，这是一种以钛酸钡为主要材料的热敏电阻器。电流流过PTC元件，元件发热，它的电阻率随温度先减小后增大发生显著变化，当电动机转起来正常工作以后，PTC元件温度较高，启动绕组电流很小，以下判断正确的是A电冰箱的电动机启动时比正常工作时耗电少B电冰箱的电动机正常工作时比启动时耗电少C电冰箱启动后，
6、启动绕组功率不变，运行绕组功率是变化的D电冰箱启动后，启动绕组功率是变化的，运行绕组功率不变答案BD【例5】家庭电路的线路均有一定的电阻，所以当家中大功率的家电（如空调、电热器等）启动时，其余电灯都会突然变暗，通过下面的实验可以估测线路的电阻。如图所示，r表示线路上的总电阻，L为一个功率为P1的普通灯泡，为交流电压表，R是一个功率为P2的大功率电热器（P2P1）。实验时断开K，测得电压为U1，合上K测得电压为U2，如何估算线路上的电阻？写出估算的计算式。【答案】r(U1U2)U2/P2【例6】自然界中的物体由于具有一定的温度，会不断向外辐射电磁波，这种辐射团与温度有关，称为热辐射。处于一定温度
7、的物体在向外辐射电磁能量的同时，也要吸收由其他物体辐射的电磁能量，如果它处于平衡状态，则能量保持不变。若不考虑物体表面性质对辐射与吸收的影响，我们定义一种理想的物体，它能100地吸收射到其表面的电磁辐射，这样的物体称为黑体。单位时间内从黑体表面的单位面积辐射的电磁波的总能量与黑体绝对温度的四次方成正比。即P0T4，其中常数5.67108（Wm2K4）。如果把白炽灯简单看作黑体，计算每小时从灯丝表面辐射的总能量为多少？（设白炽灯灯丝温度可以达到2500，灯丝长度为1m，直径0.03mm）【答案】 1138kJ【例7】 照明电路中，为了安全，一般在电能表后面电路上按接一个漏电保护器，如图所示，当漏
8、电保护器的ef两端未有电压时，脱扣开关K能始终保持接通。当ef两端一有电压时，脱扣开关K立即会断开，下列说法正确的是A当用户家的电流超过一定值时，脱扣开关会自动断开，即有过流保护作用B当相线和零线间电压太高时，脱扣开关会自动断开，即有过压保护作用C站在地面上的人触及b线时（单线触电），脱扣开关会自动断开，即有触电保护作用D当站在绝缘物上的带电工作的人两手分别触到b线和d线时（双线触电），脱扣开关会自动断开，即有触电保护作用【答案】C【例8】在电视节目中，我们常能看到一种精彩的水上运动滑水板运动，如图所示，运动员在快艇的水平牵引力下，脚踏倾斜滑板在水上滑行，设滑板是光滑的，滑板的滑水面积为S，滑
9、板与水平方向的夹角为（滑板前端抬起的角度），水的密度为。理论研究表明：水对滑板的作用力大小N=Sv2sin2，式中的v为快艇的牵引速度。（1） 若人的质量为m，求快艇的水平牵引速度v。（2） 在上述条件下，快艇对运动员的牵引功率为多大？答案 (1) (2)【例9】一个同学身高h1=1.8m，质量m=65kg，站立举手摸高（指手所摸到的最大高度）h2=2.2m. （1）该同学用力蹬地，经过时间t1=0.45s，竖直离地跳起，摸高为h3=2.6m，假定他蹬地的力F1为恒力，求F1的大小。 （2）另一次该同学从所跳h4=1.0m的高处自由下落，脚接触地面后经过时间t2=0.25s，身体速度降为零，紧
10、接着他用力F2蹬地跳起，摸高为h5=2.7m，假定前后两个阶段中该同学与地面的作用力分别都是恒力，求同学蹬地的作用力F2（取g=10m/s2） 答案 (1) F1=1060N (2)F2=1230N【例10】 蹦床运动是一种新兴的体育项目，运动员在下落弹起的过程中可做出各种高难的体操动作，显示人的健康美。若某位运动员从3.2m处下落，被弹起升到4.05m，其历时2.2s，运动员质量为60kg，试分析：（1） 运动员和蹦床面之间的平均作用力是多大？（2） 忽略空气阻力及蹦床阻力时，运动员在与蹦床接触过程中做了多少功？（3） 运动员在全过程中共经历了几个运动过程，他有何感觉？答案 （1）2640N
11、 （2）510J （3）经历5个过程，分别是感觉到完全失重、部分失重、超重、部分失重、完全失重的感觉。【例11】如图所示，上图是在高速公路上用超声波测速仪测量车速的示意图，测速仪发出并接收超声波信号，根据发出和接收到的信号间的时间差，测出被测物体的速度。下图中p1、p2是测速仪发出的超声波信号，n1、n2是p1、p2由汽车反射回来的信号。测速仪匀速扫描，p1、p2之间的时间间隔t1.0 s，超声波在空气中传播的速度是 v340m/s，若汽车是匀速行驶的，则根据下图可知，汽车在接收到p1、p2两个信号之间的时间内前进的距离是_m，汽车的速度是 m/s。答案 17，17.9【例12】质量为M的火车
12、，以恒定的速度在水平面内沿一段半径为r的圆弧轨道转弯，如图所示。已知路面的倾角为。（1）速度v0为多大时，车轮对铁轨的侧压力正好为零？（2）如果火车的实际速度v时车轮将施于铁轨一个与枕木平行的侧压力P，证明其大小为。（3）当vv0时，施加侧压力的是内轨还是外轨？【例13】阅读下列材料并提出和解决问题。材料：据科技日报报道：英国伦敦大学科学家最新的测算表明，被称为地核的地球最内层的温度可达到5500，这一结果大大高出早先的一些估计。地球内部是一种层状结构，由表及里划分为地壳、地幔和地核。主要由铁元素组成的地核，又细分为液态外核和固态内核，其中外核距地球表面约为2900km，地核距地表如此之深，直
13、接测量其温度几乎不可能。为此科学家们提出，如果能估算出地核主要成分铁元素的熔点，特别是固态内核和液态外核交界处铁的熔融温度。那么就可以间接测出地核温度的高低。地核中的铁元素处于极高压环境中，其熔点比其位于地表时的1800要高出许多。伦敦大学的研究人员在研究中采用了新的方法，估算在巨大压力下铁熔点的变化情况。研究人员最终估算认为，地核的实际温度可能在5500左右。1至少提出两个与本文有关的物理知识或方法的问题。（不必回答问题，提问要简单明了，每一问不超过15个字）2若地核的体积约为整个地球体积的a，地核的质量约为地球质量的b，已知地球半径RE，地面重力加速度g，万有引力常星为G，试估算地核的平均
14、密度为 3地球赤道上物体的重力加速度为g，物体在赤道上随地球自转的向心加速度为a，要使赤道上的物体“漂”起来，则地球的转速应为原来的A倍 B倍 C倍 D倍4由于万有引力作用，星球表面存在一个速率下限vc为脱离速度，其中M为该星球的质量，R为该星球的半径，G为万有引力常量。如果星球表面的脱离速度达到光速c，则意味着任何物体（包括光）也无法逃离该星球。即使该星球发出极其明亮的光，任何人也观察不到。任何物体靠近它会有去无回，这就是“黑洞理论”。若该星球为太阳，质量为MS，则太阳的半径RS坍缩到多少时，太阳就会变成黑洞。【答案】1略 2 3B 4RS【例14】利用万有引力定律、小孔成像原理和生活常识，
15、就可以估算出太阳的平均密度用长为L的不透光圆筒，在其一端封上厚纸，纸的中间用针扎一个直径为0.5mm的小孔筒的另一端封上一张白纸，用有小孔的一端对准太阳，在另一端可看到太阳的像，若测得太阳像的直径为d，设地球环绕太阳的周期为T，已知万有引力常量为G，试估算太阳的平均密度（要求用题给的已知量的符号表示）答案 【例15】 众所周知，地球围绕着太阳做椭圆运动，阳光普照大地，万物生长，根据你学过的知识，试论述随着岁月的流逝，地球公转的周期、日地平均距离，地球的表面温度变化的趋势（不考虑流星及外星球与地球发生碰撞的可能性）。【例16】夜晚在照明很弱的室内，以照相机对准近处正视镜头的人拍摄时，若照相机的闪光灯只快闪一次，则拍摄到的彩色相片，人像的眼睛常呈红色，而成为“红眼”。因此有些照相机采用防红眼的设计，先让闪光灯发出强度较弱但近似连续的闪光，等到最后拍摄时，再快闪一次，发出较强的闪光。下列有关红眼的叙述，何者正确？A 波长较长的红光容易被人眼的角膜反射，故会出现红眼
