高三物理理論聯系實際的問題

高考《考試說明》明確說明考查“物理科學技術進展，體現物理學與社會生產和生活實際的緊密聯系”，因此我們思想上要引起足夠的重視。縱觀近年高考物理聯系實際的試題，大概可以歸為以下的5個方面：宇宙航天和天文地理，體育和運動，交通運輸，人體和人類日常生活，現代科學理論和技術。下面我們就分類看看這五類問題，并舉例分析。

1 高考物理與宇宙航天和天文地理聯系

這類問題一直都是高考的熱點問題，在物理高考中幾乎年年出現，因題目較多，這里僅舉一例。

例1 日前歐洲航天局由衛星觀測到位于銀河系的中心存在一個超大型黑洞，命名為MCG6-30-15。根據天文學理論，恒星晚期核燃料耗盡時，其質量大過奧本海默極限(約2-3個太陽質量)，沒有任何力量能夠抵擋住強大的引力，恒星的收縮將猛烈地進行，形成“坍縮”，其全部質量被壓縮到一個臨界半徑以內，引力將大到使它本身發出的光子也擺脫不了其引力的束縛，發射不出來，同樣，到達其周圍的其它物質將在巨大的引力作用下掉進其引力場內而消失掉。若MCG6-30-15星體可視為一均勻球體，它的質量為3×1036kg，則它演變成黑洞時的臨界半徑約為多少？(萬有引力恒量G=6.67×10-11N·m2/kg2)

解析 黑洞是指光子無法脫離其引力，因而在地球上不能接收到它發射的光子。設黑洞質量為M，光子的質量m=hν /c2，質量為m的光子在黑洞表面的引力為F引 =GMm/R2。光子以光速c作半徑為R的圓周運動的向心加速度a=c2/R。當萬有引力大于向心力時光子不會外溢，即F引 >ma 。解上述各式得R

2 高考物理與體育和運動聯系

這類問題關鍵要求考生結合實際，建立物理模型，然后運用所學的物理知識解答。

例2 一跳水運動員從離水面10m高的平臺上向上躍起，舉雙臂直體離開臺面，此時其重心位于從手到腳全長的中點。躍起后重心升高0.45m達到最高點。落水時身體豎直，手先入水(在此過程中運動員水平方向的運動忽略不計)。從離開跳臺到手觸水面，他可用于完成空中動作的時間是多少？(計算時，可以把運動員看作全部質量集中在重心的一個質點。g為10m/s2，結果保留二位有效數字)

分析 本題就是以跳水運動員高臺跳水為背景的試題。運動員的高臺跳水動作極其復雜，既有身體的彎曲與伸直、雙臂的張開與收攏、身體前后的翻轉以及以身體為軸線的轉體運動等。也就是說，要精確地研究運動員的高臺跳水動作，就不能當作質點處理。但本題為了簡化，明確告訴我們“計算時，可以把運動員看作全部質量集中在重心的一個質點”，并且在題目中還有這樣的敘述：“舉雙臂直體離開臺面，此時其重心位于從手到腳全長的中點”，“躍起后重心升高0.45m達到最高點”，“落水時身體豎直，手先入水”，“在此過程中運動員水平方向的運動忽略不計”，這就完全把問題簡化了。我們可以把這位運動員看成一個質點，起跳時位于跳臺上方 h0處(h0等于運動員伸直手臂后從手到腳長度的一半)，而手觸水面時，其重心離水面的距離也是h0，這樣h0的大小就與本題無關．運動員的重心的運動軌跡(只看豎直方向運動)就是先向上移動0.45m，再向下移動共10.45m，這個運動是豎直上拋運動，即先向上做勻減速直線運動，再向下做自由落體運動，加速度都是g)。

解析 運動員跳起達到最高點的時間

人從最高點至水面的高度是10+0.45＝10.45m，下落可看成是自由落體運動，時間為t2

3 高考物理與交通運輸聯系

近年來物理高考也常常聯系交通知識和運輸工具，對于這類問題，首先也要求讀懂題目的信息，從而能建立好物理模型，運用物理知識解決。

例3 如圖所示，一風景區的峭壁上安裝了一套小型索道車系統，可將乘客送上和送下80m長的山坡，峭壁頂離地面車站的垂直高度為40m，整個系統由一上一下兩個車廂組成，每個車廂質量為9 000kg，它們通過山頂上一個巨大的滑輪由鋼索相連，滑輪由電動機驅動，每個車廂受到的摩擦阻力恒為6000N。

(1)某次行程中有20位乘客在車廂x中下坡，另有8位乘客在車廂y中上坡，每位乘客的平均質量為70kg，電動機必須在整個行程中運行。

①空載情況下為什么車廂x失去的勢能不足以將車廂y提升到山頂？

②整個車廂系統在這次行程中的勢能變化多少？

③克服摩擦阻力做的功是多少？

④如果整個行程用了30s時間，試計算電動機的平均輸出功率。

(2)與上升車廂相連的鋼索中的拉力，在車廂由坡底至坡頂過程中是如何變化的？為什么？

解析 (1)①因為有摩擦力做功，機械能有損失。

(2)不變；因為車廂做勻速運動。

例4 新型轎車前排都安有安全氣囊。氣囊內儲有某種物質，一受到沖擊就立即分解成大量氣體，使氣囊迅速膨脹，填補在乘員與擋風玻璃、方向盤之間，防止乘員受傷。某次實驗中汽車速度為144km/h，駕駛員沖向氣囊后經0.2s停止運動。人沖向氣囊部分的質量為40kg，頭部和胸部作用在氣囊上的面積為700cm2，在這種情況下，人的頭部和胸部受到的平均壓強是多大？

解析 v=144km/h=40m/s，由Ft=mv和P=F/S得：P=1.1×105Pa。大約相當于一個大氣壓，所以不會對人造成傷害。

4 高考物理聯系人體和人類日常生活

物理是與人類生活息息相關的學科。近幾年高考物理也出現了與人體和人類生活常識的聯系。

例5 神經系統中，把神經纖維分為有髓鞘與無髓鞘兩大類。現代生物學認為，髓鞘是由多層(幾層到幾百層不等)類脂物質——髓質積累而成的，具有很大的電阻。

⑴已知蛙的有髓鞘神經，髓鞘的厚度只有2μm，而它在每平方厘米的面積上產生的電阻卻高達1.6×105Ω。若不計髓質片層間的接觸電阻，計算髓質的電阻率ρ。

⑵某生物體可看作高20cm，半徑為4cm的圓柱體，視作由髓質組成，在其兩端加上電壓，當電壓增加到100V時，該有機體發生蠕動。問：引起神經纖維產生感覺的最小電流I是多少？

例6 如圖所示為一種調溫型電熱毯的電路圖，其額定電壓為220V。這種電熱毯是利用兩組相同的電熱絲，采用平行相隔的布線方式縫置在底布上，通過開關改變電熱絲的連接方式，從而改變功率達到調溫的目的。圖中虛線框內是三刀五位滑動式功率轉換開關，三個滑片只能同時位于圖中“1”、“2”、“3”、“4”、“5”中的某一位置。求：

(1)若開關位于“2”時，電熱毯的額定功率為220W，則每組電熱絲的電阻是多大？

(2)開關位于位置幾時，電熱毯通電發熱功率最小？其值是多少？

(3)當開關位于位置“3”時，電熱毯工作5分鐘產生的熱量是多少？

解析 (1)當開關位于“2”時，將電路圖中未通電流部分線路去掉，可知電路中R1、R2是并聯關系，

(2)由于電路電壓不變，要使通電時發熱功率最小，只有它們通電電阻最大，故只有R1、R2串聯接在電路時，即開關位于“4”時，功率最小，此時R＝R1＋R2。P=U2R=50W。

(3)當開關位于“3”時，只有R2通電，且P2＝100W，電流做功轉化為內能，故

Q=W=Pt＝100×300＝3×104J

例7 如果電熨斗的溫度調節器置于“錦綸”位置，則熨斗的通電時間為t1=10s，斷電時間t2=40s。在這種情況下，熨斗表面溫度達到T1=100℃。如果溫度調節器放在“棉布”位置，則熨斗的通電時間t′1=20s，斷電時間t′2=30s。求：溫度調節器在“棉布”位置時，熨斗表面的穩定溫度T2？如果溫度調節器損壞，通電的熨斗將加熱至多高的溫度？假設熱損耗正比于熨斗和周圍空氣的溫差。室溫T0=20℃。

解析 當電熨斗表面溫度穩定時，說明消耗的電功與向周圍散發的熱量相等。設P為電功率，t1時間內消耗的電能為：W1=Pt1

而在t1+t2時間內熨斗向周圍散發的能量為W2，由題意假設熱損耗正比于熨斗和周圍空氣的溫差。設比例系數為α，則

W2=α(T1-T0)(t1+t2)

穩定時，有 W1=W2

即 Pt1=α(T1-T0)(t1+t2)

同理，在“棉布”位置時：

Pt1＇=α(T2-T0)(t1＇+t2＇)

得T2＝180℃

若溫度調節器損壞，設通電的熨斗將升為T3，則有以下關系式：

P(t1＇+t2＇)=α(T3-T0)(t1＇+t2＇)

得T3=420℃

5 高考物理聯系現代科學理論和技術

物理學與科技是密切聯系的，近年來高考物理試題中，也有一類與科學技術和理論相聯系的問題. 在這類問題中，常常給出大量的信息，解題的關鍵是通過仔細閱讀題目信息，找到有用信息解題，但千萬不要被大量的題目信息嚇倒。

例8 風能是一種環保型能源。目前全球風力發電的總功率已達7000MW，我國約為100MW。據勘測我國的風力資源至少有2.53×105MW。所以風力發電是很有前途的一種能源。

⑴風力發電是將風的動能轉化為電能。設空氣的密度為ρ，水平風速為v，風力發電機每個葉片長為L，風能轉化為電能的效率為η，那么該風力發電機發出的電功率P是多大？

⑵假設江蘇如東洋口港平均風速為v=9m/s，所用風力發電機的葉片長L=3m，空氣密度ρ=1.3kg/m3，效率為η=25%，每天平均發電20小時，每戶居民平均每天用電1.5度，那么這臺風力發電機能供多少戶居民日常用電？

解析 (1)葉片旋轉所形成的圓的面積為S=πL2，t秒內流過該面積的空氣的質量為

m=ρSvt，

又12mv2·η=pt

得發出的電功率為

P=3.35×103W=3.35kW。每天發電E=Pt=3.35×20=67kW·h=67度。可供67÷1.5=45戶居民使用。

這五類問題雖然分類沒有一定的科學標準，但基本能包括最近幾年高考物理試題中所有聯系的實際問題。通過上面的分類和解析，我們可以發現解決這類問題關鍵是要運用題目信息，要結合實際，建立物理模型或獲取有用的實際知識，然后運用所學的物理和數學知識解答問題。因而學生學習要多聯系實際，多關心社會生活和科技時事，不能死學。

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