“五步速成法”求解物理競(jìng)賽壓軸題

鄭中全 張雅芳

一般來說,物理競(jìng)賽題比較難,競(jìng)賽題的壓軸題則更難。因此,有的同學(xué)望而生畏,不敢面對(duì);有的同學(xué)反復(fù)迂回,無從下手;有的同學(xué)淺嘗輒止,半途而廢,如此等等。在這里向同學(xué)們介紹“五步速成法”,希望對(duì)同學(xué)們有所幫助。

一、典型問題示例

(2008年全國初中應(yīng)用物理知識(shí)競(jìng)賽) 頻率的電磁波波長很短,通常稱為微波,微波能沿直線傳播,在遇到金屬材料時(shí)能發(fā)生反射;遇到玻璃、塑料、陶瓷等絕緣材料時(shí)可以穿透;遇到含有水分的蛋白質(zhì)、脂肪等介質(zhì)時(shí)可被吸收,并將微波的電磁能量變?yōu)閮?nèi)能。

人們熟悉的手機(jī)就是利用微波進(jìn)行通訊的,GSM手機(jī)的工作頻率一般為900 MHz/1 800 MHz波段。使用手機(jī)通話時(shí),微波會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生一種“加熱效應(yīng)”,微波頻率越高,人對(duì)其能量的吸收率就越高,危害也就越大。下表提供了某種型號(hào)手機(jī)的技術(shù)參數(shù):

(附:670 mAh表示若輸出電流為670 mA,則可以放電1個(gè)小時(shí)。)

請(qǐng)根據(jù)這些技術(shù)參數(shù)和微波的上述特性解決下列問題:

(1)手機(jī)的最大工作電流約是多少?在300 min通話時(shí)間內(nèi)手機(jī)的平均功率為多少?

(2)請(qǐng)列舉兩項(xiàng)減小手機(jī)微波輻射危害的措施。

(3)某網(wǎng)站登載了一則“手機(jī)煮雞蛋”的消息:兩名實(shí)驗(yàn)人員將一個(gè)生雞蛋放在陶瓷杯子里,在雞蛋兩側(cè)各放置一部手機(jī),讓聽筒與雞蛋的水平距離保持2 cm左右,用其中一部手撥通另一部手機(jī),并保持通話狀態(tài)。在實(shí)驗(yàn)進(jìn)行到65 min時(shí),實(shí)驗(yàn)人員取下雞蛋,發(fā)現(xiàn)已經(jīng)完全熟透。請(qǐng)從理論上判斷這則消息的真?zhèn)?并簡(jiǎn)要說明理由。

二、方法技巧運(yùn)用

1. 面題:鼓起勇氣、樹立信心,迅速激發(fā)興奮點(diǎn)

面題即見題,不要因?yàn)槭菈狠S題就產(chǎn)生退縮情緒,要積極應(yīng)對(duì),拿出你的勇氣來,相信自己有辦法解決它。就上題來說,手機(jī)的應(yīng)用太廣泛了,既不陌生,又有興趣,我們就來個(gè)順藤摸瓜吧。

2. 審題:仔細(xì)思考、篩選信息,排查列出疑慮點(diǎn)

審題即讀題,通過對(duì)題目文字的閱讀和思考,篩選出微波及其特性、手機(jī)的工作頻率波段及其加熱效應(yīng)、手機(jī)主要技術(shù)參數(shù)及工作電流平均功率等有效信息。經(jīng)排查,列出的疑慮點(diǎn)有:①手機(jī)工作電流取決于什么?②手機(jī)的平均功率與什么有關(guān)聯(lián)?③手機(jī)微波輻射危害怎樣減小?④煮熟雞蛋所吸收的熱量與手機(jī)通話所發(fā)射的電磁波能量有什么樣的關(guān)系?

3. 破題:化生為熟、化難為易,選好找對(duì)切入點(diǎn)

破題就是尋找解題的鑰匙,只要找對(duì)切入點(diǎn),就能化生為熟,化繁為簡(jiǎn),化難為易。對(duì)此題而言,手機(jī)工作電流及其平均功率必須根據(jù)電學(xué)的基本公式和所提供手機(jī)技術(shù)參數(shù)計(jì)算;減小手機(jī)微波輻射危害的措施從題干的分析中可得出答案;判斷“手機(jī)煮雞蛋”信息的真?zhèn)蝿t需通過熱量計(jì)算和電學(xué)分析。

4. 解題:抓住實(shí)質(zhì)、突出關(guān)鍵,用好用活知識(shí)點(diǎn)

解題標(biāo)志著已進(jìn)入關(guān)鍵階段,即到了真正解決所有問題的時(shí)候,根據(jù)前面三步所奠定的基礎(chǔ),到此可以說是順理成章、水到渠成了,根本問題在于抓住實(shí)質(zhì),用活用好知識(shí)點(diǎn)。

解答:

(1)①手機(jī)的最大工作電流為(所用知識(shí)點(diǎn):電功率公式P=IU)I===0.49 A;

②在300 min通話時(shí)間內(nèi)手機(jī)的平均功率約為(所用知識(shí)點(diǎn):電功率定義式P=):

P==0.55 W。

(2)①盡量減少通話時(shí)間;

②降低手機(jī)的發(fā)射功率(如CDMA手機(jī)的最大發(fā)射功率為0.2 W)。

(3)①真?zhèn)闻袛?這則消息敘述的事實(shí)是不能實(shí)現(xiàn)的。

②理由說明:以一個(gè)雞蛋的質(zhì)量為50 g計(jì)算,因雞蛋的主要成分是水,設(shè)煮熟雞蛋的溫度升高最大約為80 ℃,則所需熱量為Q=cm(t2-t1)=1.68×104 J。兩個(gè)手機(jī)通話65 min,即使按參數(shù)表的最大功率2 W計(jì)算,手機(jī)也只能提供大約2 W×65×60 s×2=1.56×104 J的能量,考慮到手機(jī)向四面八方各個(gè)方向發(fā)射電磁波的強(qiáng)度大致相同,雞蛋只能接受其中的很小一部分(小于),因此手機(jī)不可能把雞蛋煮熟。

5. 結(jié)題:回顧反思、檢查驗(yàn)證,不疏不漏得分點(diǎn)

結(jié)題意味著該題的求解過程已經(jīng)結(jié)束,如果稍有時(shí)間的話,可以檢查一下所用方法步驟是否正確,驗(yàn)證計(jì)算結(jié)果是否出錯(cuò),回顧運(yùn)用知識(shí)是否準(zhǔn)確,反思通過解題自己有什么收獲,爭(zhēng)取不輕易放過任何一個(gè)得分點(diǎn)。

通過這個(gè)例子,我們知道物理競(jìng)賽壓軸題其實(shí)并不是那么可怕,只要勇敢面對(duì)、樹立信心、合理運(yùn)用上述五個(gè)步驟,就能夠得到一定的分?jǐn)?shù),在競(jìng)賽中取勝。