冲刺专题(五)热点联系实际问题背景材料及例题分析

热点、联系实际问题背景材料及例题分析近年高考物理试卷上出现了许多结合社会实际和科技前沿的好题，如：神舟飞船、航天科技、磁悬浮列车，磁流体发电、高能加速器、超导、夸克等，这些试题以社会热点和最新科技（特别是近年来国际国内科技新进展的相关材料）立意命题,力求比较真实和全面的模拟现实,试题注重基础,突出能力。复习中要关注这些社会热点，关注科技前沿的发展及其应用，并注意这些命题背景与《考试大纲》的知识结构、能力要求的联系。以下材料可作为今后高考物理命题的重要背景。1.嫦娥一号卫星例1新华社北京10月24日电,24日18时29分，星箭成功分离之后，嫦娥一号卫星进入半径为205公里的圆轨道上绕地球做圆周运动,卫星在这个轨道上“奔跑”一圈半后，于25日下午进行第一次变轨,变轨后，卫星轨道半径将抬高到离地球约600公里的地方.已知地球半径为R，表面重力加速度为g，质量为m的嫦娥一号卫星在地球上空的万有引力势能为rmgREp2-＝,（以无穷远处引力势能为零），r表示物体到地心的距离.（1）质量为m的嫦娥一号卫星以速率v在某一圆轨道上绕地球做圆周运动,求此时卫星距地球地面高度h1；（2）要使嫦娥一号卫星上升,从离地高度h1再增加h的轨道上做匀速圆周运动，卫星发动机至少要做多少功？解析:（1）设地球质量为M，万有引力恒量为G，卫星距地面高度为h1时速度为v,对卫星有1221)(hRvmhRmMG＝,对地面上物体有2RmMGmg,解以上两式得RvgRh221.（2）卫星在距地面高度h1的轨道做匀速圆周运动有2211()mMvGmRhRh,得)(12hRGMv,∴此时卫星的动能)(2)(22112121hRmgRhRGMmmvEk,万有引力势能121hRmgREp,卫星在距地面高度h1时的总机械能)(2)(2121212111hRmgRhRmgRhRmgREEEpk.同理,卫星在距地面高度（h1+h）时的总机械能)(2122hhRmgRE.由功能关系,卫星发动机至少要做功W=E2–E1=2112()()mgRhRhRhh.2.关注北京奥运和体育竞技奥运比赛与物理知识密切相关,以此为背景进行命题,可考查同学们运用所学知识解决奥运比赛相关问题的能力.各项奥运比赛涉及的知识点主要有:水上运动中的跳水可分为竖直上抛运动、自由落体运动两个过程,涉及速度、位移、时间、动量、能量等物理量,帆船、赛艇、滑水板比赛等项目涉及到受力平衡、动力学原理、功能关系等物理规律.举重比赛中涉及重力势能增加和做功、功率等计算,射箭比赛中涉及弹性势能和拉力做功、平抛运动等物理规律的应用.球类比赛中涉及平抛运动、斜抛运动、运动分解等物理规律,还涉及抛球最佳速度和最佳角度、反应时间、动量、冲量、能量等计算.径赛项目涉及直线运动、曲线运动中速度、位移与时间的关系,以及加速度、瞬时速度和平均速度等知识。田赛项目中的跳高、跳远涉及起跳初速度和起跳最佳角度选择,以及动量、冲量、能量和做功等计算,体操比赛中涉及起跳速度和旋转角速度,以这些奥赛项目为背景,配以图象、图示等提供新情景,综合物理学科内各章节知识组成学科内综合题,可有效考查学生综合分析问题的能力.例2中国女排在雅典奥运会上战胜俄罗斯队获得金牌，已知排球场总长18m，网高为2.25m，如图所示，设俄罗斯队飞来一球，刚好在3m线正上方被女排队员杨昊强攻击回。（假设排球被击回的速度方向是水平的，球在飞行过程中所受空气阻力不计，g=10m/s2）。（1）若杨昊击球的高度h=2.5m，球击回的水平速度与球网垂直，球既不能触网又不出底线，则球被击回的水平速度在什么范围内？（2）若俄罗斯运动员仍从3m线处起跳，起跳高度h满足一定条件时，会出现无论球的水平速度多大都会触网或越界，试求h满足的条件。答案：（1）13.4m/s＜v＜17m/s（2）h＜2.4m时，无论击球速度为多大，球总是触网或出界.3.中国“环流器二号”我国聚变界“巨无霸”的核聚变装置——中国“环流器二号”装置在成都正式建成,这是我国第一个具有先进偏滤器位形的大型托卡马克装置，将大大加快我国受控核聚变能源开发事业进程.近年高考注重理论联系实际,特别注重联系高新科技,中国“环流器二号”将是高考命题的热点,以此为背景命题可涉及物理学众多知识点,轻核聚变、重核裂变,核聚变反应方程、核能计算、微观粒子探究等;带电粒子之间的电势能、磁场对带电粒子运动的约束、通电线圈产生的磁场等;带电粒子在磁场中的受力分析、运动分析、动量和能量分析,涉及牛顿定律、圆周运动、洛仑兹力、动量守恒与能量守恒定律等综合应用.以“环流器二号”为背景命题的主要考点如下：例3在中国“环流器二号”装置内,实现两个氘核聚变反应，必须使它们之间距离接近到r0，也就是接近到核力能够发生作用的范围．物质温度很高时，氘原子将变为等离子体，等离子的分子平均动能为TkEk123，式中的k1叫玻耳兹曼常量，T为热力学温度，两个氘核之间的电势能rke2，k为静电力常量,r为电荷之间的距离，则氘核发生聚变的温度至少为A.012rkkeB.01232rkkeC.0123rkkeD.01234rkke解析：据能量守恒定律,两个氘核等离子的分子动能之和至少等于两个氘核之间的电势能,pkEE2即,232021rkeTk得0123rkkeT,选项C正确.点评：本题是一条新信息题,题中提供一些新信息，如：等离子的平均动能公式TkEk123，氘核之间的电势能rke2，考生必须通过阅读分析,筛选相关信息，建立物理模型，然后利用所学知识结合题中信息求解.《考试大纲》针对能力测试目标明确提出：要求考生“了解自然科学发展的最新成就和成果及其对社会发展的影响”；“能读懂一般性的科普类文章，理解有关文字、图表的主要内容及特征，并能与已学的知识结合起来解决问题”,近年高考试卷中的许多信息题也体现了这一精神,后阶段复习中应引起足够的关注.例4中国“环流器二号”装置（设计指标：大半径1.65m、小半径0.4m、环向场2.8T、等离子体电流480kA）是我国己建成的第一个托卡马克型磁约束装置,托卡马克(ToKarnak)是研究受控核聚变的一种装置,这个词是由Tomidal(环形的)、Kam-era(真空室)、magnet(磁)的头两个字母以及Kamshka(线圈)的第一个字母组成的缩写词．下述判断中正确的是A．超导线中通过强电流后，会产生极强的磁场B．超导通电线圈的磁场使氘核等带电粒子在磁场中旋转而不飞出C．这种装置同我国广东大亚湾核电站核装置的核反应原理相同D．这种装置可以控制热核反应速度，使聚变缓慢而稳定地释放核能解析：核聚变的发生条件是温度必须极高,对高温状态下的氘核等带电粒子的约束,只能用通电线圈产生的强磁场来约束它，选项A、B正确．氘核等带电粒子在磁场约束下,可以控制聚变反应缓慢进行,稳定地释放核能,选项D正确．广东大亚湾核电站的核反应原理是核裂变,选项C错误．答案：A、B、D点评：本题是一条学科内综合题,涉及原子物理中轻核聚变、重核裂变、磁场中带电粒子的运动、通电线圈中的磁场分布等知识.近年高考命题突出物理学科内的综合，不论是选择题还是计算题，都出现了突出学科内综合的特点.以中国“环流器二号”中核聚变为背景命题,还可以与以下几个方面综合：利用牛顿定律、圆周运动、洛仑兹力等知识，分析带电粒子在磁场中的运动问题;利用动量守恒定律、能量守恒与转化定律,分析带电粒子相互作用过程中的动量守恒、能量转化;讨沦通电线圈产生的磁场如何来约束氘核等带电粒子的运动,使聚变缓慢进行.4.关注近年诺贝尔物理奖近10年诺贝尔奖的获奖成果如下：从表上我们可以看到，获奖的项目都是在现代科技的前沿领域（对微观世界的探索、对宇宙的探索、年份获奖成果1996发现氦－3（3He）的超流动性1997激光冷却和陷俘原子的方法1998发现分数量子霍尔效应及与之相关的具有分数电荷激发状态的新型量子流体1999解释了弱电相互作用的量子结构2000研制用于高速光子学的半导体异质结构,发明集成电路2001根据玻色—爱因斯坦理论发现了一种新的物质状态:碱金属原子稀薄气体的玻色—爱因斯坦凝集2002宇宙中微子的探测;发现宇宙X射线源2003对超导电性、超流性作用解释2004发现粒子物理的强相互作用理论中的“渐近自由”现象2005激光的精密光谱学，光学相干的量子理论2006发现了黑体结构以及宇宙背景辐射的微波各向异性2007发现了“巨磁电阻”效应.对光电子、集成电路、超低温状态下的物理现象的研究）作出开拓性或突破性进展的成果,这些成果使人们对自然界的认识更加深刻，使科技在某一方向跨上一个新台阶，对人类的生活、生产会产生巨大的影响。瑞典皇家科学院10月9日宣布，法国科学家阿尔贝·费尔和德国科学家彼得·格林贝格尔共同获得2007年诺贝尔物理学奖,这两名科学家先后独立发现了巨磁电阻效应.所谓巨磁电阻效应，是指磁性材料的电阻率在有外磁场作用时较之无外磁场作用时存在巨大变化的现象.诺贝尔物理学奖是高新科技的热点,热点问题可激发学生的学习兴趣，增进其科学素养.例62006年诺贝尔物理学奖的研究成果之一是发现了黑体结构.具有一定温度的物体能向外辐射电磁能量，同时也要吸收由其他物体辐射的电磁能量，如果它处在平衡状态，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％地吸收入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4TP，其中常量＝5.6710-8w／m2·K4．在下面的问题中，把研究对象都简单地看作黑体．(1)在上世纪６０年代人们就已知道宇宙微波背景辐射的存在，但针对这种宇宙大爆炸“余烬”的测量工作进展十分缓慢,大爆炸理论曾预测，微波背景辐射应该具有黑体辐射特性，现今观测的结果确认,宇宙微波背景辐射的波长约为1.0×10-3m,求宇宙微波相应的频率为多少？(2)根据热辐射理论,黑体辐射微波的波长的最大值m与黑体绝对温度T的关系近似如下：3109.2mTm·K,则发出宇宙微波的空间的绝对温度约为多少K？(3)约翰•马瑟和乔治•斯穆特领导的1000多人研究团队首次完成了对宇宙微波背景辐射的太空观测研究,天文学家利用遥感技术测得某一天体XM的半径R=2107m,表面温度T=100K,试计算天体XM表面每秒辐射的总能量为多少?(4)天文学家对XM测量结果进行分析计算后发现，宇宙微波背景辐射与黑体辐射非常吻合，从而为大爆炸理论提供了进一步支持,他们用镜口内半径r=10m的天文望远镜测得天体XM与地球的距离d=21017m,求：该天文望远镜每秒可接收来自天体XM辐射微波的光子数.(普朗克常量h=6.63×10-34J·s)解析：(1)据波速公式,宇宙微波的频率38101103cHz=31011Hz.(2)据3109.2mTm·K,宇宙空间的绝对温度33101109.2TK=2.9K.(3)单位时间内从天体XM表面单位面积辐射的总能量400TP，则天体XM表面每秒辐射的总能量StPW0，其中S为太阳的表面积，24RS，又t=1s,代人数据可求得：tRTW·4·245.6710-810044(2107)21J=2.9016J．(4)该天文望远镜每秒可接收来自天体XM辐射微波的能量172172162244108.1)102(4)10(109.24··4·'drtRTWJ,每个微波光子的能量2211341100.21031063.6hEJ,该天文望远镜每秒可接收来自天体XM辐射微波的光子数422171100.9100.2108.1'EWn个.答案：(1)31011Hz(2)2.9K(3)2.9016J(4)4100.9个点评：本题是一道新情景探究题，题目内容是教材上没有的，需要根据题供的信息从中抽