高三物理理论联系实际的问题

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高考《考试说明》明确说明考查“物理科学技术进展，体现物理学与社会生产和生活实际的紧密联系”，因此我们思想上要引起足够的重视。纵观近年高考物理联系实际的试题，大概可以归为以下的5个方面：宇宙航天和天文地理，体育和运动，交通运输，人体和人类日常生活，现代科学理论和技术。下面我们就分类看看这五类问题，并举例分析。

1 高考物理与宇宙航天和天文地理联系

这类问题一直都是高考的热点问题，在物理高考中几乎年年出现，因题目较多，这里仅举一例。

例1 日前欧洲航天局由卫星观测到位于银河系的中心存在一个超大型黑洞，命名为MCG6-30-15。根据天文学理论，恒星晚期核燃料耗尽时，其质量大过奥本海默极限(约2-3个太阳质量)，没有任何力量能够抵挡住强大的引力，恒星的收缩将猛烈地进行，形成“坍缩”，其全部质量被压缩到一个临界半径以内，引力将大到使它本身发出的光子也摆脱不了其引力的束缚，发射不出来，同样，到达其周围的其它物质将在巨大的引力作用下掉进其引力场内而消失掉。若MCG6-30-15星体可视为一均匀球体，它的质量为3×1036kg，则它演变成黑洞时的临界半径约为多少？(万有引力恒量G=6.67×10-11N・m2/kg2)

解析 黑洞是指光子无法脱离其引力，因而在地球上不能接收到它发射的光子。设黑洞质量为M，光子的质量m=hν /c2，质量为m的光子在黑洞表面的引力为F引 =GMm/R2。光子以光速c作半径为R的圆周运动的向心加速度a=c2/R。当万有引力大于向心力时光子不会外溢，即F引 >ma 。解上述各式得R

2 高考物理与体育和运动联系

这类问题关键要求考生结合实际，建立物理模型，然后运用所学的物理知识解答。

例2 一跳水运动员从离水面10m高的平台上向上跃起，举双臂直体离开台面，此时其重心位于从手到脚全长的中点。跃起后重心升高0.45m达到最高点。落水时身体竖直，手先入水(在此过程中运动员水平方向的运动忽略不计)。从离开跳台到手触水面，他可用于完成空中动作的时间是多少？(计算时，可以把运动员看作全部质量集中在重心的一个质点。g为10m/s2,结果保留二位有效数字)

分析 本题就是以跳水运动员高台跳水为背景的试题。运动员的高台跳水动作极其复杂，既有身体的弯曲与伸直、双臂的张开与收拢、身体前后的翻转以及以身体为轴线的转体运动等。也就是说，要精确地研究运动员的高台跳水动作，就不能当作质点处理。但本题为了简化，明确告诉我们“计算时，可以把运动员看作全部质量集中在重心的一个质点”，并且在题目中还有这样的叙述：“举双臂直体离开台面，此时其重心位于从手到脚全长的中点”，“跃起后重心升高0.45m达到最高点”，“落水时身体竖直，手先入水”，“在此过程中运动员水平方向的运动忽略不计”，这就完全把问题简化了。我们可以把这位运动员看成一个质点，起跳时位于跳台上方 h0处(h0等于运动员伸直手臂后从手到脚长度的一半)，而手触水面时，其重心离水面的距离也是h0，这样h0的大小就与本题无关．运动员的重心的运动轨迹(只看竖直方向运动)就是先向上移动0.45m，再向下移动共10.45m，这个运动是竖直上抛运动，即先向上做匀减速直线运动，再向下做自由落体运动，加速度都是g)。

解析 运动员跳起达到最高点的时间

人从最高点至水面的高度是10+0.45＝10.45m，下落可看成是自由落体运动，时间为t2

3 高考物理与交通运输联系

近年来物理高考也常常联系交通知识和运输工具，对于这类问题，首先也要求读懂题目的信息，从而能建立好物理模型，运用物理知识解决。

例3 如图所示，一风景区的峭壁上安装了一套小型索道车系统，可将乘客送上和送下80m长的山坡，峭壁顶离地面车站的垂直高度为40m，整个系统由一上一下两个车厢组成，每个车厢质量为9 000kg，它们通过山顶上一个巨大的滑轮由钢索相连，滑轮由电动机驱动，每个车厢受到的摩擦阻力恒为6000N。

(1)某次行程中有20位乘客在车厢x中下坡，另有8位乘客在车厢y中上坡，每位乘客的平均质量为70kg，电动机必须在整个行程中运行。

①空载情况下为什么车厢x失去的势能不足以将车厢y提升到山顶？

②整个车厢系统在这次行程中的势能变化多少？

③克服摩擦阻力做的功是多少？

④如果整个行程用了30s时间，试计算电动机的平均输出功率。

(2)与上升车厢相连的钢索中的拉力，在车厢由坡底至坡顶过程中是如何变化的？为什么？

解析 (1)①因为有摩擦力做功，机械能有损失。

(2)不变；因为车厢做匀速运动。

例4 新型轿车前排都安有安全气囊。气囊内储有某种物质，一受到冲击就立即分解成大量气体，使气囊迅速膨胀，填补在乘员与挡风玻璃、方向盘之间，防止乘员受伤。某次实验中汽车速度为144km/h，驾驶员冲向气囊后经0.2s停止运动。人冲向气囊部分的质量为40kg，头部和胸部作用在气囊上的面积为700cm2,在这种情况下，人的头部和胸部受到的平均压强是多大？

解析 v=144km/h=40m/s，由Ft=mv和P=F/S得：P=1.1×105Pa。大约相当于一个大气压，所以不会对人造成伤害。

4 高考物理联系人体和人类日常生活

物理是与人类生活息息相关的学科。近几年高考物理也出现了与人体和人类生活常识的联系。

例5 神经系统中，把神经纤维分为有髓鞘与无髓鞘两大类。现代生物学认为，髓鞘是由多层(几层到几百层不等)类脂物质――髓质积累而成的，具有很大的电阻。

⑴已知蛙的有髓鞘神经，髓鞘的厚度只有2μm，而它在每平方厘米的面积上产生的电阻却高达1.6×105Ω。若不计髓质片层间的接触电阻，计算髓质的电阻率ρ。

⑵某生物体可看作高20cm，半径为4cm的圆柱体，视作由髓质组成，在其两端加上电压，当电压增加到100V时，该有机体发生蠕动。问：引起神经纤维产生感觉的最小电流I是多少？

例6 如图所示为一种调温型电热毯的电路图，其额定电压为220V。这种电热毯是利用两组相同的电热丝，采用平行相隔的布线方式缝置在底布上，通过开关改变电热丝的连接方式，从而改变功率达到调温的目的。图中虚线框内是三刀五位滑动式功率转换开关，三个滑片只能同时位于图中“1”、“2”、“3”、“4”、“5”中的某一位置。求：

(1)若开关位于“2”时，电热毯的额定功率为220W，则每组电热丝的电阻是多大？

(2)开关位于位置几时，电热毯通电发热功率最小？其值是多少？

(3)当开关位于位置“3”时，电热毯工作5分钟产生的热量是多少？

解析 (1)当开关位于“2”时，将电路图中未通电流部分线路去掉，可知电路中R1、R2是并联关系，

(2)由于电路电压不变，要使通电时发热功率最小，只有它们通电电阻最大，故只有R1、R2串联接在电路时，即开关位于“4”时，功率最小，此时R＝R1＋R2。P=U2R=50W。

(3)当开关位于“3”时，只有R2通电，且P2＝100W，电流做功转化为内能，故

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Q=W=Pt＝100×300＝3×104J

例7 如果电熨斗的温度调节器置于“锦纶”位置，则熨斗的通电时间为t1=10s，断电时间t2=40s。在这种情况下，熨斗表面温度达到T1=100℃。如果温度调节器放在“棉布”位置，则熨斗的通电时间t′1=20s，断电时间t′2=30s。求：温度调节器在“棉布”位置时，熨斗表面的稳定温度T2？如果温度调节器损坏，通电的熨斗将加热至多高的温度？假设热损耗正比于熨斗和周围空气的温差。室温T0=20℃。

解析 当电熨斗表面温度稳定时，说明消耗的电功与向周围散发的热量相等。设P为电功率，t1时间内消耗的电能为：W1=Pt1

而在t1+t2时间内熨斗向周围散发的能量为W2，由题意假设热损耗正比于熨斗和周围空气的温差。设比例系数为α，则

W2=α(T1-T0)(t1+t2)

稳定时，有 W1=W2

即 Pt1=α(T1-T0)(t1+t2)

同理，在“棉布”位置时：

Pt1＇=α(T2-T0)(t1＇+t2＇)

得T2＝180℃

若温度调节器损坏，设通电的熨斗将升为T3，则有以下关系式：

P(t1＇+t2＇)=α(T3-T0)(t1＇+t2＇)

得T3=420℃

5 高考物理联系现代科学理论和技术

物理学与科技是密切联系的，近年来高考物理试题中，也有一类与科学技术和理论相联系的问题. 在这类问题中，常常给出大量的信息,解题的关键是通过仔细阅读题目信息，找到有用信息解题，但千万不要被大量的题目信息吓倒。

例8 风能是一种环保型能源。目前全球风力发电的总功率已达7000MW，我国约为100MW。据勘测我国的风力资源至少有2.53×105MW。所以风力发电是很有前途的一种能源。

⑴风力发电是将风的动能转化为电能。设空气的密度为ρ，水平风速为v，风力发电机每个叶片长为L，风能转化为电能的效率为η，那么该风力发电机发出的电功率P是多大？

⑵假设江苏如东洋口港平均风速为v=9m/s,所用风力发电机的叶片长L=3m，空气密度ρ=1.3kg/m3，效率为η=25%，每天平均发电20小时，每户居民平均每天用电1.5度，那么这台风力发电机能供多少户居民日常用电？

解析 (1)叶片旋转所形成的圆的面积为S=πL2，t秒内流过该面积的空气的质量为

m=ρSvt，

又12mv2・η=pt

得发出的电功率为

P=3.35×103W=3.35kW。每天发电E=Pt=3.35×20=67kW・h=67度。可供67÷1.5=45户居民使用。

这五类问题虽然分类没有一定的科学标准，但基本能包括最近几年高考物理试题中所有联系的实际问题。通过上面的分类和解析，我们可以发现解决这类问题关键是要运用题目信息，要结合实际，建立物理模型或获取有用的实际知识，然后运用所学的物理和数学知识解答问题。因而学生学习要多联系实际，多关心社会生活和科技时事，不能死学。

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