新高考：從生活走向物理，從物理走向社會
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”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)生的娛樂活動，充分體現(xiàn)了“從生活走向物理，從物理走向社會”的課程理念。下面是筆者對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）一個人看到閃電12.3s后又聽到雷聲。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)的物理知識可以判斷（ ）
A.這種估算方法是錯誤的，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.這種估算方法沒有考慮光的傳播時間，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 因為在空氣中光的傳播速度遠(yuǎn)大于聲音的傳播速度，光的傳播時間對結(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到雷聲的時間。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)果就會與實際情況相差很大，此方法就不再適用了。
例2 （06理綜北京卷）某同學(xué)看到一只鳥落在樹枝上的P處（見圖1），樹枝在10s內(nèi)上下振動了6次。鳥飛走后，他把50g的砝碼掛在P處，發(fā)現(xiàn)樹枝在10s內(nèi)上下振動了12次。將50g的砝碼換成500g砝碼后，他發(fā)現(xiàn)樹枝在15s內(nèi)上下振動了6次，你估計鳥的質(zhì)量最接近（ ）
A.50gB.200g
C.500gD.550g
解析 將樹枝的振動視為簡諧振動，建立簡諧振動模型。50g的砝碼掛在樹枝上，其振動周期T1=1012s=56s，500g的砝碼掛在樹枝上其振動周期T2=156s=52s，可見樹枝振動周期與所掛物體的質(zhì)量有關(guān)，所掛物體的質(zhì)量越大，其振動周期越大，小鳥在樹枝上振動周期為T0=106s=53s，由T1 例3 （07上海卷）在接近收費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)過減速帶時會產(chǎn)生振動。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)時顛簸得最厲害，我們把這種現(xiàn)象稱為_________。 解析 汽車通過減速帶時，將做受迫振動，當(dāng)其振動的頻率與汽車的固有頻率相同（或相近）時汽車顛簸得最厲害，這種現(xiàn)象稱為共振。由題意得汽車的速度v=lT=lf=12.5m/s時行駛在減速區(qū)時顛簸得最厲害。 點評 雷電現(xiàn)象、鳥掛枝頭和減速帶都是學(xué)生日常生活中最為常見的現(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)物理的過程中要多觀察、多思考、多聯(lián)系實際，多探究與日常生活有關(guān)的物理問題，勇于嘗試用學(xué)過的物理知識解釋一些生活現(xiàn)象和簡單的實際問題，增加他們對物理的親近感和學(xué)習(xí)物理的興趣。 2 生活用品類 例4 （05上海卷）對如圖2所示的皮帶傳動裝置，下列說法中正確的是（ ） A.A輪帶動B輪沿逆時針方向旋轉(zhuǎn) B.B輪帶動A輪沿逆時針方向旋轉(zhuǎn) C.C輪帶動D輪沿順時針方向旋轉(zhuǎn) D.D輪帶動C輪沿順時針方向旋轉(zhuǎn) 解析 由圖示可以看出，對于AB，下方皮帶拉緊，上方皮帶松弛，如果A為主動輪，則它將順時針轉(zhuǎn)動；如果B為主動輪，則它將逆時針轉(zhuǎn)動；用同樣的方法可以判斷如果C為主動輪，則它將逆時針轉(zhuǎn)動；如果D為主動輪，則它將順時針轉(zhuǎn)動。 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，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)過冷凝器時致冷劑液化，放出熱量到箱體外。下列說法正確的是（ ） 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，是因為其消耗了電能 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，是因為電流做功的結(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化電路圖，主要元件有電阻絲R1、R2和自動開關(guān)S。 （1）當(dāng)自動開關(guān) S閉合和斷開時，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)加熱時用電器的電功率為 400W， 保溫時用電器的電功率為40W，則R1和R2分別為多大？ （3）若將圖4中的自動開關(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小時消耗的電能。 解析 （1）當(dāng)自動開關(guān) S閉合時，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)自動開關(guān) S斷開時，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）加熱時開關(guān)S閉合，電熱器功率P1=U2R1=400W，保溫時開關(guān)S斷開，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?，若將自動開關(guān)S換成二極管，則電熱器在1小時內(nèi)將有半小時處于加熱狀態(tài)，半小時處于保溫狀態(tài)。所以電熱器1小時消耗的電能E=P1×t2+P2×t2=0.22kW·h。 點評 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、物理原理應(yīng)用于實際生活的能力，旨在引領(lǐng)考生在學(xué)習(xí)物理時要關(guān)注生活、聯(lián)系實際，使考生體會到物理學(xué)的發(fā)展給人們生活帶來的方便和對提高人們生活質(zhì)量所起的重要作用。 3 娛樂活動類 例7 （05理綜四川卷）如圖6所示，一對雜技演員（都視為質(zhì)點）乘秋千（秋千繩處于水平位置）從A點由靜止出發(fā)繞o點下擺到最低點B時，女演員在極短時間內(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C與點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，秋千的擺長為R，C點比o點低5R。 解析 設(shè)男女演員在秋千最低點B的速度為v0，分離時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 分離時男女演員的動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 s=v1t 12gt2=4R 分離后女演員剛好又回到 點，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)動受到青少年的追捧。圖7是某滑板運(yùn)動員在一次表演時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為最低點并與水平賽道BC位于同一水平面，KA、DE平臺的高度都為h=1.8m。B、C、F處平滑連接。滑板a和b的質(zhì)量均為m，m=5kg，運(yùn)動員質(zhì)量為M，M=45kg。 表演開始，運(yùn)動員站在滑板b上。先讓滑板a從A點靜止下滑，t1=0.1s后再與b板一起從A點靜止下滑?；螧C賽道后，運(yùn)動員從b板跳到同方向運(yùn)動的a板上，在空中運(yùn)動的時間t2=0.6s(水平方向是勻速運(yùn)動)。運(yùn)動員與a板一起沿CD賽道上滑后沖出賽道，落在EF賽道的P點，沿賽道滑行，經(jīng)過G點時，運(yùn)動員受到的支持力N=742.5N。(滑板和運(yùn)動員的所有運(yùn)動都在同一豎直平面內(nèi)，計算時滑板和運(yùn)動員都看作質(zhì)點。取g=10m/s2) (1)滑到G點時，運(yùn)動員的速度是多大? (2)運(yùn)動員跳上滑板a后，在BC賽道上與滑板a共同運(yùn)動的速度是多大? (3)從表演開始到運(yùn)動員滑至I的過程中，系統(tǒng)的機(jī)械能改變了多少？ 解析 (1)在G點，運(yùn)動員和滑板一起做圓周運(yùn)動，設(shè)向心加速度為a向，速度為vG，運(yùn)動員受到重力Mg、滑板對運(yùn)動員的支持力為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)動員與滑板b一起由A點靜止下滑到BC賽道后．速度也為v1。 運(yùn)動員由滑板b跳上滑板a的過程中，設(shè)蹬離滑板b時的水平速度為v2，在空中飛行的水平位移為s，則s=v2t2，設(shè)起跳時滑板a與滑板b的水平距離為s0，則s0=v1t1，設(shè)滑板a在時間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)動員落到滑板a上后，與滑板a共同的速度為v，由動量守恒定律有 mv1+Mv2=(m+M)v， 可解得v=mt2+M(t1+t2)(M+m)t22gh =6.9m/s （3）設(shè)運(yùn)動員離開滑板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板將在兩個平臺間來回運(yùn)動，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 點評 上述兩道考題以學(xué)生喜愛的娛樂活動秋千和滑板為背景，情景和立意都很新穎，旨在引導(dǎo)考生在學(xué)習(xí)物理的過程中要注重將學(xué)過的物理知識與日常生活相融合，關(guān)注物理知識在各種娛樂活動中的應(yīng)用；引導(dǎo)考生用物理原理解決一些與生活相關(guān)的實際問題。做到理論聯(lián)系實際，在“玩中思”、“思中學(xué)”。 關(guān)注生活，重視物理知識與生活的聯(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，在平時的訓(xùn)練與復(fù)習(xí)過程中要關(guān)注物理學(xué)與科學(xué)、技術(shù)與社會的關(guān)系，多選擇有實際生活背景或以真實生活現(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)容請以PDF格式閱讀原文。
