一次奧運(yùn)會(huì)，一堂物理課

黃　鑫

“北京歡迎你，為你開天辟地，流動(dòng)中的魅力，充滿著朝氣。北京歡迎你，在太陽(yáng)下分享呼吸，在黃土地刷新成績(jī)。北京歡迎你，像音樂(lè)感動(dòng)你，讓我們都加油，去超越自己。北京歡迎你，有夢(mèng)想誰(shuí)都了不起，有勇氣就會(huì)有奇跡?！睔v經(jīng)百年的等待，全球四年一度的盛會(huì)——奧運(yùn)會(huì)終于從奧林匹亞走到了中國(guó)，走進(jìn)了北京。當(dāng)全球億萬(wàn)觀眾為歐、亞文明的交匯而激動(dòng)的時(shí)候，他們也為北京奧運(yùn)會(huì)締造的科技傳奇而傾倒。

情景素材一：“水立方”里的奇跡

北京奧運(yùn)會(huì)游泳比賽共決出了32枚金牌，一個(gè)游泳池8天狂破19項(xiàng)世界紀(jì)錄。人類極限紀(jì)錄以難以置信的速度在“水立方”（如圖1所示）不斷被刷新?！八⒎健币揽砍厮h(huán)系統(tǒng)中的分流加熱環(huán)節(jié)的自動(dòng)溫控閥，將水溫精確地控制在人體最適宜的26.5 ℃到26.9 ℃之間，讓運(yùn)動(dòng)員感覺非常舒適。“水立方”每天能夠利用自然光的時(shí)間達(dá)到了9.9 h，比一個(gè)正常的游泳館多節(jié)能30%以上。

人類游泳紀(jì)錄以難以置信的速度在“水立方”不斷被刷新，“水立方”中的水溫適宜功不可沒。依靠池水循環(huán)系統(tǒng)中的分流加熱環(huán)節(jié)的自動(dòng)溫控閥，“水立方”能夠?qū)⑺疁鼐_地控制在人體最適宜的溫度范圍。據(jù)此回答1~4題。

1. 自動(dòng)溫控閥的原理圖如圖2所示，它的實(shí)質(zhì)是___

____________。當(dāng)水溫升高時(shí)，溫度計(jì)中兩根金屬探針均與液體接觸，則指示燈將變_______（選填“亮”或“暗”）。

2. 人體最適宜的溫度如圖3所示，為______________

_______________。家庭和實(shí)驗(yàn)室里常用的溫度計(jì)是根據(jù)液體____________的規(guī)律制成。

3. 水常用來(lái)做冷卻劑，是因?yàn)樗哂校ǎ?/p>

A． 較小的密度 B． 較大的比熱容

C． 較低的凝固點(diǎn) D． 較高的沸點(diǎn)

4. “水立方”中的水主要是利用太陽(yáng)光加熱，這是把_____能轉(zhuǎn)化成_____能。泳池蓄水量為3 750 m³，若要使“水立方”中泳池里的水提高1 ℃，則需要吸收多少熱量？（水的密度為1.0×10³ kg/m³，水的比熱容為4.2×10³ J/kg?°C）。

情景素材二：“鷹眼”挑戰(zhàn)人眼

除了“水立方”里的高科技，北京奧運(yùn)會(huì)中還有一項(xiàng)技術(shù)也令很多觀眾驚嘆，那就是能讓覺得受到不公正判決的運(yùn)動(dòng)員有理由向裁判員“叫板”的“鷹眼”?！苞椦邸钡恼矫Q是“即時(shí)回放系統(tǒng)”，由8~10個(gè)高速攝像頭、4臺(tái)電腦和大屏幕組成。

1． 北京奧運(yùn)會(huì)全面啟用“鷹眼”，利用高速攝像頭從不同角度同時(shí)捕捉物體軌跡。攝像頭是一個(gè)_________鏡，對(duì)光線起_________作用，成_________像。

2. 若人到攝像機(jī)的距離為5～12 m，由此判斷，“鷹眼”系統(tǒng)的攝像機(jī)的鏡頭（）

A． 焦距可能為1 m B． 焦距可能為5 m

C． 焦距可能為10 m D． 焦距可能為15 m

情景素材三：世界看奧運(yùn)只需0.3秒

奧運(yùn)會(huì)擁有40億電視觀眾，北京奧運(yùn)會(huì)賽況信息發(fā)布所用的時(shí)間僅需0.3秒。這意味著，在美國(guó)紐約的電視觀眾與身在“鳥巢”現(xiàn)場(chǎng)的觀眾看到比賽結(jié)果的時(shí)間差，也僅在“眨眼之間”。

1. 人們通過(guò)發(fā)射和接收一種波，對(duì)北京奧運(yùn)會(huì)賽況的信息進(jìn)行傳遞。這種波是（）

A． 紅外線 B． 紫外線

C． 超聲波 D． 微波

2. 北京奧運(yùn)會(huì)通過(guò)電磁波把賽況信息傳遞到全世界，電磁波的速度為___________。在美國(guó)紐約的電視觀眾與身在“鳥巢”現(xiàn)場(chǎng)的觀眾看到比賽結(jié)果的時(shí)間差僅為0.3 s。請(qǐng)計(jì)算美國(guó)紐約的電視觀眾與身在“鳥巢”現(xiàn)場(chǎng)的觀眾之間的距離是___________m。

情景素材四：璀璨的科技光影

2008年8月8日晚，隨著一幅長(zhǎng)達(dá)70 m的卷軸在“鳥巢”中緩緩鋪開，北京奧運(yùn)會(huì)開幕式文藝表演也拉開了序幕。畫軸打開在一個(gè)巨大的發(fā)光二極管屏幕上，屏幕長(zhǎng)147 m，寬22 m，構(gòu)成歷屆開幕式面積最大的一個(gè)舞臺(tái)，如圖4所示。屏幕上面鋪設(shè)了4.4萬(wàn)個(gè)紅、綠、藍(lán)三種顏色的發(fā)光二極管，通過(guò)電路控制實(shí)現(xiàn)圖像輸出，隨著情景的變化，改變背景的內(nèi)容。

考慮到演員還要在上面翩翩起舞，位于屏幕中央的長(zhǎng)20 m、寬11 m的“畫紙”必須要有一定的抗壓能力，并且卷軸還要收放自如。因而，“畫紙”是由寬1.2 m、長(zhǎng)2.4 m的小塊航空蜂窩板材拼合而成，厚20 mm，重約800 kg。

開幕式的另一個(gè)亮點(diǎn)，就是采用了大量亮度高達(dá)20 000流明的高分辨率投影機(jī)，形成了“鳥巢”頂端邊沿的巨大環(huán)形屏幕。點(diǎn)燃圣火的場(chǎng)景中，投影機(jī)要隱藏在投影幕墻的后邊，以便在李寧的身后播放火炬?zhèn)鬟f的畫面，同時(shí)隨著李寧的步伐形成逐漸打開卷軸的樣子。最終，璀璨的開幕式呈現(xiàn)在我們的眼前。

1. 奧運(yùn)開幕式上，畫軸打開在一個(gè)巨大的發(fā)光二極管屏幕上。發(fā)光二極管屏幕是由下列哪種材料構(gòu)成的（ ）

A. 導(dǎo)體 B. 半導(dǎo)體

C. 絕緣體 D. 超導(dǎo)體

2. 李寧在空中傳遞奧運(yùn)火炬時(shí)，下列說(shuō)法正確的是（ ）

A. 李寧不受重力影響

B. 重力的施力物是李寧

C. 保險(xiǎn)繩對(duì)李寧的拉力和李寧對(duì)保險(xiǎn)繩的拉力是一對(duì)平衡力

D. 李寧所受的重力和保險(xiǎn)繩對(duì)李寧的拉力是一對(duì)平衡力

3. 若把航空蜂窩板材放在宇宙中，則質(zhì)量______，密度______；若把航空蜂窩板材切成兩半，則質(zhì)量_____，密度______（選填“減小”、“不變”或“增大”）。

4. 開幕式的另一個(gè)亮點(diǎn)，是“鳥巢”頂端邊沿的巨大環(huán)形投影幕墻。投影機(jī)就隱藏在投影幕墻的后邊，投影機(jī)的鏡頭相當(dāng)于一個(gè)_______鏡，其成像原理與幻燈機(jī)原理相似。如圖5所示，為了使觀眾看到正立的像，幻燈片要______（選填“順著”或“倒著”）插入架上。用強(qiáng)光照射幻燈片，幻燈片上的畫面在屏幕上形成______像（選填“實(shí)”或“虛”）。

5. 如圖6所示，畫出李寧受到的重力。

6. 屏幕中央 “畫紙”由840塊寬1.2 m、長(zhǎng)2.4 m的小塊航空蜂窩板材拼合而成，厚20 mm，重約800 kg。試計(jì)算“畫紙”的重力是多少？密度是多少？（取g＝10 N/kg）

情景素材五：絢爛的數(shù)碼焰火

伴隨著29個(gè)焰火腳印，奧林匹克精神從古老的奧林匹亞走來(lái)，走到中國(guó)，走進(jìn)北京，走入“鳥巢”。

5個(gè)炮位相隔90 m的發(fā)射器發(fā)射出焰火彈，裝在焰火彈中的芯片控制每發(fā)焰火彈的發(fā)射時(shí)間、飛行高度、起爆時(shí)間和燃燒時(shí)間。焰火彈在高空爆炸形成單個(gè)的環(huán)，單個(gè)的環(huán)在114 m的高空開始靠近并套在一起，在134.68 m的高空套完，形成最長(zhǎng)250 m的五環(huán)相連圖案（如圖7所示），再運(yùn)行到170 m的高空后消失。觀眾能看到的只有五六秒的時(shí)間，但這也是震撼、壯觀的五六秒。

1. 奧運(yùn)焰火彈能夠發(fā)射上天是受到了力的作用。關(guān)于力的認(rèn)識(shí)，下列說(shuō)法中錯(cuò)誤的是（ ）

A． 力是物體對(duì)物體的作用

B． 力能使物體發(fā)生形變或改變物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)

C． 物體間力的作用是相互的

D． 只有相互接觸的物體才會(huì)產(chǎn)生力的作用

2. 射出的焰火彈能夠在空中繼續(xù)飛行，這是因?yàn)檠婊饛椌哂衉________________________________________

_______________________________________。

3. 奧運(yùn)五環(huán)圖案焰火的形成過(guò)程中，單個(gè)環(huán)從114 m的高空開始靠近并套在一起，在近135 m的高空套完，形成最長(zhǎng)250 m的五環(huán)相連圖案，再運(yùn)行到170 m的高空消失，觀眾欣賞到震撼、壯觀的五六秒鐘。那么該奧運(yùn)五環(huán)圖案從單個(gè)的環(huán)開始靠近到高空運(yùn)行后消失的平均速度約為________m/s=_________km/h。

情景素材六：保衛(wèi)藍(lán)天有高招

2008年北京奧運(yùn)會(huì)開幕式上，“鳥巢”上空一顆雨滴也沒落下。

國(guó)家衛(wèi)星氣象中心啟動(dòng)靜止衛(wèi)星雙星加密運(yùn)行模式，每15 min即可獲取一張衛(wèi)星云圖，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)天氣系統(tǒng)的連續(xù)變化情況，發(fā)生發(fā)展過(guò)程的宏觀、實(shí)時(shí)監(jiān)控。

如有大霧彌漫，氣象部門將采用“液氮消冷霧技術(shù)”，達(dá)到人工消霧。由于液氮汽化溫度為零下195.8 ℃，通過(guò)地面車輛、氣球或者飛機(jī)將液氮噴灑在霧中時(shí)，可形成低于零下40 ℃的低溫環(huán)境，從而讓霧中水滴迅速凍結(jié)為冰晶。這些冰晶又迅速凝化周圍霧滴形成小雪花降落，最終達(dá)到消除冷霧的目的。出現(xiàn)高溫干旱天氣時(shí)，北京市人工影響天氣辦公室會(huì)利用飛機(jī)、氣球、發(fā)生器、高炮和火箭等工具進(jìn)行人工增雨作業(yè)。假如暴雨傾盆，如開幕式上使用的消雨火箭彈就會(huì)大顯神威。

1. 奧運(yùn)期間，氣象衛(wèi)星對(duì)“鳥巢”的天氣系統(tǒng)連續(xù)變化情況，發(fā)生發(fā)展過(guò)程實(shí)施宏觀、實(shí)時(shí)監(jiān)控。若以地球?yàn)閰⒄瘴?，該衛(wèi)星是__________的；若以太陽(yáng)為參照物，這個(gè)衛(wèi)星應(yīng)是_________的（選填“靜止”或“運(yùn)動(dòng)”）。衛(wèi)星在太空勻速飛行的過(guò)程中，其動(dòng)能__________（選填“減小”、“不變”或“增加”）。

2. 為確保奧運(yùn)開幕式的順利舉行，北京市實(shí)行人工增雨作業(yè)。雨是由（ ）

A. 水蒸發(fā)形成的

B. 空氣中的水蒸氣液化形成的

C. 水汽化形成的

D. 空氣中的水蒸氣凝華形成的

3. 氣象部門采用“液氮消冷霧技術(shù)”進(jìn)行人工消霧。由于液氮汽化溫度為零下195.8 ℃，從而讓霧中水滴迅速凍結(jié)為冰晶，形成小雪花降落，最終達(dá)到消除冷霧的目的。關(guān)于雪花的形成，下列說(shuō)法正確的是（ ）

A． 熔化、放熱過(guò)程

B． 熔化、吸熱過(guò)程

C． 凝華、放熱過(guò)程

D． 凝固、放熱過(guò)程

4. 開幕式上使用的消雨火箭彈點(diǎn)火升空時(shí)如圖8所示，燃料燃燒獲得極大的_________能，這些能量轉(zhuǎn)化為_________能，從而使火箭獲得巨大的推動(dòng)力。

【參考答案見P80】