新高考：從生活走向物理，從物理走向社會(huì)
2008-12-31 00:00:00唐傳勝
物理教學(xué)探討 2008年10期
新的課程改革提出“從生活走向物理，從物理走向社會(huì)”的教學(xué)理念。新高考也著力體現(xiàn)這一理念，更多地關(guān)注學(xué)生生活。試卷中有很多與生活相關(guān)的試題，有的關(guān)注生活現(xiàn)象，有的關(guān)注生活用品（具），有的關(guān)注學(xué)生的娛樂(lè)活動(dòng)，充分體現(xiàn)了“從生活走向物理，從物理走向社會(huì)”的課程理念。下面是筆者對(duì)近三年高考中與生活相關(guān)的試題的分類解析。
1 生活現(xiàn)象類
例1 （05理綜北京卷）一個(gè)人看到閃電12.3s后又聽(tīng)到雷聲。已知空氣中的聲速約為330m/s~340m/s，光速為3×108m/s，于是他用12.3除以3很快估算出閃電發(fā)生的位置到他的距離為4.1km。根據(jù)你所學(xué)的物理知識(shí)可以判斷（ ）
A.這種估算方法是錯(cuò)誤的，不可采用
B.這種估算方法可以比較準(zhǔn)確地估算出閃電發(fā)生位置與觀察者間的距離
C.這種估算方法沒(méi)有考慮光的傳播時(shí)間，結(jié)果誤差很大
D.即使聲速增大2倍以上，本題的估算結(jié)果依然正確
解析 因?yàn)樵诳諝庵泄獾膫鞑ニ俣冗h(yuǎn)大于聲音的傳播速度，光的傳播時(shí)間對(duì)結(jié)果的影響極小，因此可忽略光從閃電發(fā)生傳到觀察者的時(shí)間。故閃電發(fā)生的位置與觀察者間的距離可粗略地表示為S=vt，其中v表示空氣中的聲速，t表示觀察者看到閃電后再聽(tīng)到雷聲的時(shí)間。由于空氣中的聲速約為330m/s~340m/s，可粗略地表示為13km/s，因此上述的觀察者用12.3除以3估算出閃電發(fā)生的位置到他的距離約為4.1km是可行的。當(dāng)然這種方法僅適用于聲音在空氣中的速度約為330m/s~340m/s左右的情況，如果聲速增大2倍以上，用上述的方法估算出的結(jié)果就會(huì)與實(shí)際情況相差很大，此方法就不再適用了。
例2 （06理綜北京卷）某同學(xué)看到一只鳥(niǎo)落在樹(shù)枝上的P處（見(jiàn)圖1），樹(shù)枝在10s內(nèi)上下振動(dòng)了6次。鳥(niǎo)飛走后，他把50g的砝碼掛在P處，發(fā)現(xiàn)樹(shù)枝在10s內(nèi)上下振動(dòng)了12次。將50g的砝碼換成500g砝碼后，他發(fā)現(xiàn)樹(shù)枝在15s內(nèi)上下振動(dòng)了6次，你估計(jì)鳥(niǎo)的質(zhì)量最接近（ ）
A.50gB.200g
C.500gD.550g
解析 將樹(shù)枝的振動(dòng)視為簡(jiǎn)諧振動(dòng)，建立簡(jiǎn)諧振動(dòng)模型。50g的砝碼掛在樹(shù)枝上，其振動(dòng)周期T1=1012s=56s，500g的砝碼掛在樹(shù)枝上其振動(dòng)周期T2=156s=52s，可見(jiàn)樹(shù)枝振動(dòng)周期與所掛物體的質(zhì)量有關(guān)，所掛物體的質(zhì)量越大，其振動(dòng)周期越大，小鳥(niǎo)在樹(shù)枝上振動(dòng)周期為T0=106s=53s，由T1 例3 （07上海卷）在接近收費(fèi)口的道路上安裝了若干條突起于路面且與行駛方向垂直的減速帶，減速帶間距為10m，當(dāng)車輛經(jīng)過(guò)減速帶時(shí)會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)。若某汽車的固有頻率為1.25Hz，則當(dāng)該車以_________m/s的速度行駛在此減速區(qū)時(shí)顛簸得最厲害，我們把這種現(xiàn)象稱為_(kāi)________。 解析 汽車通過(guò)減速帶時(shí)，將做受迫振動(dòng)，當(dāng)其振動(dòng)的頻率與汽車的固有頻率相同（或相近）時(shí)汽車顛簸得最厲害，這種現(xiàn)象稱為共振。由題意得汽車的速度v=lT=lf=12.5m/s時(shí)行駛在減速區(qū)時(shí)顛簸得最厲害。 點(diǎn)評(píng) 雷電現(xiàn)象、鳥(niǎo)掛枝頭和減速帶都是學(xué)生日常生活中最為常見(jiàn)的現(xiàn)象，以這些生活現(xiàn)象為背景，旨在引導(dǎo)考生在學(xué)習(xí)物理的過(guò)程中要多觀察、多思考、多聯(lián)系實(shí)際，多探究與日常生活有關(guān)的物理問(wèn)題，勇于嘗試用學(xué)過(guò)的物理知識(shí)解釋一些生活現(xiàn)象和簡(jiǎn)單的實(shí)際問(wèn)題，增加他們對(duì)物理的親近感和學(xué)習(xí)物理的興趣。 2 生活用品類 例4 （05上海卷）對(duì)如圖2所示的皮帶傳動(dòng)裝置，下列說(shuō)法中正確的是（ ） A.A輪帶動(dòng)B輪沿逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn) B.B輪帶動(dòng)A輪沿逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn) C.C輪帶動(dòng)D輪沿順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn) D.D輪帶動(dòng)C輪沿順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn) 解析 由圖示可以看出，對(duì)于AB，下方皮帶拉緊，上方皮帶松弛，如果A為主動(dòng)輪，則它將順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)；如果B為主動(dòng)輪，則它將逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)；用同樣的方法可以判斷如果C為主動(dòng)輪，則它將逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)；如果D為主動(dòng)輪，則它將順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。 例5 （06廣東卷）圖3為電冰箱的工作原理示意圖。壓縮機(jī)工作時(shí)，強(qiáng)迫致冷劑在冰箱內(nèi)外的管道中不斷循環(huán)。在蒸發(fā)器中致冷劑汽化吸收箱體內(nèi)的熱量，經(jīng)過(guò)冷凝器時(shí)致冷劑液化，放出熱量到箱體外。下列說(shuō)法正確的是（ ） A．熱量可以自發(fā)地從冰箱內(nèi)傳到冰箱外 B．電冰箱的致冷系統(tǒng)能夠不斷地把冰箱內(nèi)的熱量傳到外界，是因?yàn)槠湎牧穗娔? C．電冰箱的工作原理不違反熱力學(xué)第二定律 D．電冰箱的工作原理違反熱力學(xué)第一定律 解析 由熱力學(xué)第二定律可知，熱量的傳遞是有方向性的，即不可能使熱量由低溫物體傳遞到高溫物體而不引起其他變化。電冰箱的致冷系統(tǒng)能夠不斷地把冰箱內(nèi)的熱量傳到外界，是因?yàn)殡娏髯龉Φ慕Y(jié)果（消耗了電能），因此電冰箱的工作原理既不違反熱力學(xué)第一定律也不違反熱力學(xué)第二定律。 例6 （06江蘇卷）電熱毯、電飯鍋等是人們常用的電熱式家用電器，他們一般具有加熱和保溫功能，其工作原理大致相同。圖4為某種電熱式電器的簡(jiǎn)化電路圖，主要元件有電阻絲R1、R2和自動(dòng)開(kāi)關(guān)S。 （1）當(dāng)自動(dòng)開(kāi)關(guān) S閉合和斷開(kāi)時(shí)，用電器分別處于什么狀態(tài)？ （2）用電器由照明電路供電(U=220V)， 設(shè)加熱時(shí)用電器的電功率為 400W， 保溫時(shí)用電器的電功率為40W，則R1和R2分別為多大？ （3）若將圖4中的自動(dòng)開(kāi)關(guān) S換成理想的晶體二極管D，如圖5所示，其它條件不變，求該用電器工作1小時(shí)消耗的電能。 解析 （1）當(dāng)自動(dòng)開(kāi)關(guān) S閉合時(shí)，電阻R2被短路，電器的電功率最大，電器處于加熱狀態(tài)；當(dāng)自動(dòng)開(kāi)關(guān) S斷開(kāi)時(shí)，電阻R1和R2串聯(lián)，電器的電功率最小，電器處于保溫狀態(tài)。 （2）加熱時(shí)開(kāi)關(guān)S閉合，電熱器功率P1=U2R1=400W，保溫時(shí)開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)，其功率P2=U2R1+R2=40W，由上述兩式可解得R1=121Ω、R2=1089Ω。 （3）二極管具有單向?qū)щ娦?，若將自?dòng)開(kāi)關(guān)S換成二極管，則電熱器在1小時(shí)內(nèi)將有半小時(shí)處于加熱狀態(tài)，半小時(shí)處于保溫狀態(tài)。所以電熱器1小時(shí)消耗的電能E=P1×t2+P2×t2=0.22kW·h。 點(diǎn)評(píng) 自行車、電冰箱、電飯鍋都是考生家中的日常用品（具），上述三道題重在考查考生將物理知識(shí)、物理原理應(yīng)用于實(shí)際生活的能力，旨在引領(lǐng)考生在學(xué)習(xí)物理時(shí)要關(guān)注生活、聯(lián)系實(shí)際，使考生體會(huì)到物理學(xué)的發(fā)展給人們生活帶來(lái)的方便和對(duì)提高人們生活質(zhì)量所起的重要作用。 3 娛樂(lè)活動(dòng)類 例7 （05理綜四川卷）如圖6所示，一對(duì)雜技演員（都視為質(zhì)點(diǎn)）乘秋千（秋千繩處于水平位置）從A點(diǎn)由靜止出發(fā)繞o點(diǎn)下擺到最低點(diǎn)B時(shí)，女演員在極短時(shí)間內(nèi)將男演員沿水平方向推出，然后自己剛好能回到高處A。求男演員落地點(diǎn)C與點(diǎn)o的水平距離s。已知男演員質(zhì)量m1和女演員質(zhì)量m2之比m1m2=2，秋千的質(zhì)量不計(jì)，秋千的擺長(zhǎng)為R，C點(diǎn)比o點(diǎn)低5R。 解析 設(shè)男女演員在秋千最低點(diǎn)B的速度為v0，分離時(shí)的速度的大小分別為v1、v2。 由機(jī)械能守恒定律有： (m1+m2)gR=12(m1+m2)v20 分離時(shí)男女演員的動(dòng)量在水平方向上守恒，即：(m1+m2)v0=m1v1-m2v2 分離后男演員做平拋運(yùn)動(dòng) s=v1t 12gt2=4R 分離后女演員剛好又回到 點(diǎn)，由機(jī)械能守恒定律得m2gR=12m2v22 聯(lián)立上述各式可解得s=8R 例8 （07理綜四川卷）目前，滑板運(yùn)動(dòng)受到青少年的追捧。圖7是某滑板運(yùn)動(dòng)員在一次表演時(shí)的一部分賽道在豎直平面內(nèi)的示意圖。賽道光滑，F(xiàn)GI為圓弧賽道，半徑R=6.5m，C為最低點(diǎn)并與水平賽道BC位于同一水平面，KA、DE平臺(tái)的高度都為h=1.8m。B、C、F處平滑連接?；錫和b的質(zhì)量均為m，m=5kg，運(yùn)動(dòng)員質(zhì)量為M，M=45kg。 表演開(kāi)始，運(yùn)動(dòng)員站在滑板b上。先讓滑板a從A點(diǎn)靜止下滑，t1=0.1s后再與b板一起從A點(diǎn)靜止下滑。滑上BC賽道后，運(yùn)動(dòng)員從b板跳到同方向運(yùn)動(dòng)的a板上，在空中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t2=0.6s(水平方向是勻速運(yùn)動(dòng))。運(yùn)動(dòng)員與a板一起沿CD賽道上滑后沖出賽道，落在EF賽道的P點(diǎn)，沿賽道滑行，經(jīng)過(guò)G點(diǎn)時(shí)，運(yùn)動(dòng)員受到的支持力N=742.5N。(滑板和運(yùn)動(dòng)員的所有運(yùn)動(dòng)都在同一豎直平面內(nèi)，計(jì)算時(shí)滑板和運(yùn)動(dòng)員都看作質(zhì)點(diǎn)。取g=10m/s2) (1)滑到G點(diǎn)時(shí)，運(yùn)動(dòng)員的速度是多大? (2)運(yùn)動(dòng)員跳上滑板a后，在BC賽道上與滑板a共同運(yùn)動(dòng)的速度是多大? (3)從表演開(kāi)始到運(yùn)動(dòng)員滑至I的過(guò)程中，系統(tǒng)的機(jī)械能改變了多少？ 解析 (1)在G點(diǎn)，運(yùn)動(dòng)員和滑板一起做圓周運(yùn)動(dòng)，設(shè)向心加速度為a向，速度為vG，運(yùn)動(dòng)員受到重力Mg、滑板對(duì)運(yùn)動(dòng)員的支持力為N，則有N-Mg=Ma向，a向 =v2GR 解得vG=R(N-Mg)M=6.5m/s （2）設(shè)滑板a由A點(diǎn)靜止下滑到BC賽道后速度為v1，由機(jī)械能守恒定律有 mgh=12mv21，解得v1=2gh， 運(yùn)動(dòng)員與滑板b一起由A點(diǎn)靜止下滑到BC賽道后．速度也為v1。 運(yùn)動(dòng)員由滑板b跳上滑板a的過(guò)程中，設(shè)蹬離滑板b時(shí)的水平速度為v2，在空中飛行的水平位移為s，則s=v2t2，設(shè)起跳時(shí)滑板a與滑板b的水平距離為s0，則s0=v1t1，設(shè)滑板a在時(shí)間t2內(nèi)的位移為s1，則s1=v1t2，s=s0+s1，即v2t2=v1(t1+t2)，可解得v1=6m/s，v2=7m/s。 運(yùn)動(dòng)員落到滑板a上后，與滑板a共同的速度為v，由動(dòng)量守恒定律有 mv1+Mv2=(m+M)v， 可解得v=mt2+M(t1+t2)(M+m)t22gh =6.9m/s （3）設(shè)運(yùn)動(dòng)員離開(kāi)滑板b后，滑板b的速度為v3，有Mv2+mv3=(M+m)v1 解得v3=m/s，有｜v3｜ =3m/s＜v1=6m/s，b板將在兩個(gè)平臺(tái)間來(lái)回運(yùn)動(dòng)，機(jī)械能不變。系統(tǒng)的機(jī)械能改變?yōu)楠?/p> ΔE=12(M+m)v2G+12mv23-(m+m+M)gh=88.75J 點(diǎn)評(píng) 上述兩道考題以學(xué)生喜愛(ài)的娛樂(lè)活動(dòng)秋千和滑板為背景，情景和立意都很新穎，旨在引導(dǎo)考生在學(xué)習(xí)物理的過(guò)程中要注重將學(xué)過(guò)的物理知識(shí)與日常生活相融合，關(guān)注物理知識(shí)在各種娛樂(lè)活動(dòng)中的應(yīng)用；引導(dǎo)考生用物理原理解決一些與生活相關(guān)的實(shí)際問(wèn)題。做到理論聯(lián)系實(shí)際，在“玩中思”、“思中學(xué)”。 關(guān)注生活，重視物理知識(shí)與生活的聯(lián)系也將成為08年高考命題方向之一，各位同學(xué)要敏銳地注意到這一變化，在平時(shí)的訓(xùn)練與復(fù)習(xí)過(guò)程中要關(guān)注物理學(xué)與科學(xué)、技術(shù)與社會(huì)的關(guān)系，多選擇有實(shí)際生活背景或以真實(shí)生活現(xiàn)象為依據(jù)的習(xí)題加以訓(xùn)練。 注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請(qǐng)以PDF格式閱讀原文。
