1、专题8 应用型创新型试题分析专题八 应用型、创新型试题分析 一、考点回顾1高考要求：能从现实生活、生产实际或科学实验中获得有效信息，并进行初步加工、储存或应用。解读：高考命题从理想模型向实际问题转变。从近几年高考考试说明的指导思想和能力要求可以看出，计算题的建模思想上，从以往的理想模型向实际问题转变，考生应具备从生产和生活的实际问题中抽象出物理模型，抓住主要矛盾，忽略次要因素，解决实际问题能力。在解决问题时，应先要找出解题所需要的原理，建立解题的步骤，再进行解方程或运算，数学运算只是物理所用的工具之一，但不是主要的考查目的。2物理应用型、创新型试题的特点是:选材灵活、形态复杂、立意新颖，在题干
2、或问题中以现代科技、日常生产生活中的某个事件、问题为背景，通过描述问题的过程、提供新的规律、公式、图象、方法，并给出一些已知量等方式给予信息，综合性较强，同时形成题干内容较长，对阅读理解能力以及推理、判断和计算能力等要求较高。3以实际应用为情景的题目。解决实际应用型题目的过程，实质上是对复杂的实际问题抓住本质因素（如运动的实际物体、问题的条件、物体的运动过程等）加以抽象、概括，通过简化，构建相关物理模型，依据相应物理规律求解并还原为实际问题求出答案的过程。常见的背景如：体育运动、人体科学、医药卫生、通信气象、交通安全、家用电器等与生活实际、现代科技的联系的问题。4以新科技为背景的题目。物理学中
3、几乎每一重要的知识块，都与现代科技紧密相关，例如：圆周运动与GPS全球定位系统；万有引力与宇宙探测；光的反射、折射与激光光纤通信；电场与静电的防止和应用；电磁感应与磁悬浮列车；原子核与核技术的应用；激光全息技术等。5解题的基本思路：（1）提取有效信息。仔细阅读提供的材料，理解和内化新信息和新情景，紧扣问题，多渠道地寻找信息，迅速而准确地剔除干扰信息，筛选提取有价值的信息。（2）构建物理模型。将复杂的实际问题进行科学抽象，保留主要因素，略去次要因素，把实际问题理想化处理，联想学过的相关知识，利用联想、迁移、类比等方法，建立合适的物理模型。（3）确定解题方法。从最基本的概念、规律和方法出发，分析现
4、象的空间、时间特征，对空间想象能力要求较高的题目，画出示意图。将发现的规律和已学过的知识搭建桥梁，选用适当的物理规律并灵活应用原有知识，通过推理解决问题。二、经典例题剖析1AB两地间铺有通讯电缆，长为L，它是由两条并在一起彼此绝缘的均匀导线组成的，通常称为双线电缆。在一次事故中经检查断定是电缆上某处的绝缘保持层损坏，导致两导线之间漏电，相当于该处电缆的两线之间接了一个电阻。检查人员经过下面的测量可以确定损坏处的位置：（1）令B端的双线断开，在A处测出双线两端间的电阻RA；（2）令A端的双线断开，在B处测出双线两端的电阻RB；（3）在A端双线间加一已知电压UA，在B端用内阻很大的电压表测出两线间
5、的电压UB。试由以上测量结果确定损坏处的位置距A端多远?解析：设单位长度的电阻为r，漏电处C距A端为x ,漏电处的接触电阻为 R0 ，画出等效电路如图示RA=2xr+R0 RB=2 (L-x)r +R0 UB= UA R0 /(2xr+R0) 解 式所以漏电处距A端为答案： 点评：此题是以生产相关的实际为背景，考查欧姆定律的内容，要求能把实际的问题转化为物理模型，画出电路图，再求解。虽然题的难度不大，但有些同学不能正确的构建物理模型得分不高。2如图所示，有的计算机键盘的每一个键下面都连有一小块金属片，与该金属片隔有一定空气隙的是另一块小的固定金属片，这两块金属片组成一个小电容器。该电容器的电容
6、C可用公式计算，式中常量F/m，S表示金属片的正对面积，d表示两金属片间的距离。当键被按下时，此小电容器的电容发生变化，与之相连的电子线路就能检测到是哪个键被按下了，从而给出相应的信号。设每个金属片的正对面积为50mm2 ，键未按下时两金属片的距离为0.6mm。如果电容变化了0.25pF，电子线路恰能检测出必要的信号，则键至少要被按下 mm。解析：据得：C =7.510-13 F当键被按下时，电容增加=0.25 p F即， 所以0.15mm答案：0.15mm点评：计算机是现代家庭生活必备的电器。此题考查的是计算机键盘，只有将其抽象成电容模型，才能得以解决。有的同学不能把题给情景抽象为电容模型，
7、而找不到解题的突破口，造成误解。3摆式列车是集电脑、自动控制等高新技术于一体的新型高速列车，如图所示。当列车转弯时，在电脑控制下，车厢会自动倾斜，抵消离心力的作用。行走在直线上时，车厢又恢复原状，就像玩具“不倒翁”一样。它的优点是能够在现有线路上运行，勿须对线路等设施进行较大的改造，而是靠摆式车体的先进性，实现高速行车，并能达到既安全又舒适的要求。运行实践表明：摆式列车通过曲线速度可提高2040，最高可达50，摆式列车不愧为“曲线冲刺能手”。假设有一超高速列车在水平面内行驶，以360km/h的速度拐弯，拐弯半径为1km，则质量为50kg的乘客，在拐弯过程中所受到的火车给他的作用力为（g取10m
8、/s2）【 】A500N B1000NC500 D 解析：火车转弯时对人受力分析如右图所示可知，车对人的力与重力的合力充分向心力，有Fn=500所以答案为C答案：C点评：此题以摆式列车转弯为背景，实质上与普通火车转弯的分析方法是一样的，关键是看学生的迁移能力，要注意转弯时的圆弧是在水平面内的。4（06广东）如图为电冰箱的工作原理示意图。压缩机工作时，强迫制冷剂在冰箱内外的管道中不断循环。在蒸发器中制冷剂汽化吸收箱体内的热量，经过冷凝器时制冷剂液化，放出热量到箱体外。下列说法正确的是【 】A热量可以自发地从冰箱内传到冰箱外B电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界，是因为其消耗了电能 C
9、电冰箱的工作原理不违反热力学第一定律D电冰箱的工作原理违反热力学第一定律解析：电冰箱工作是靠压缩机做功才能使热量从冰箱内传到冰箱外的，并不是自发的，必须要消耗电能，故A错B正确；热力学第一定律是普遍适用的规律，所有能正常工作的机械都没有也不可能违反热力学第一定律，所以C对D错。答案：BC 点评：电冰箱是日常生活中常见的家用电器，在生活中要多关注这类电器的工作原理，再就是生活中机械和电器与我们学习的一般的规律一定是一至的，是物理理论的具体应用。5正负电子对撞机的最后部分的简化示意图如图所示（俯视图），位于水平面内的粗实线所示的圆环形真空管道是正、负电子做圆运动的“容器”，经过加速器加速后的正、负
10、电子被分别引入该管道时，具有相等的速率，他们沿着管道向相反的方向运动。在管道控制它们转变的是一系列圆形电磁铁，即图甲中的A1、A2、A3An共有n个，均匀分布在整个圆环上，每组电磁铁内的磁场都是磁感应强度相同的匀强磁场，并且方向竖直向下，磁场区域的直径为d（如图乙），改变电磁铁内电流的大小，就可改变磁场的磁感应强度从而改变电子偏转的角度。经过精确的调整，首先实现电子在环形管道中沿图甲中虚线所示的轨迹运动，这时电子经过每个电磁场区域时射入点和射出点都是电磁场区域的同一直径的两端，如图乙所示。这就为进一步实现正、负电子的对撞作好了准备。（1）试确定正、负电子在管道内各是沿什么方向旋转的；（2）已知
11、正、负电子的质量都是，所带电荷都是元电荷，重力可不计，求电磁铁内匀强磁场的磁感应强度B大小。解析：（1）根据洛仑兹力提供向心力和磁场方向向下，可判断出正电子沿逆时针方向向下，可判断出正电子沿逆时针方向运动，负电子沿顺时针方向运动（2）电子经过每个电磁铁，偏转的角度是，电子在电磁铁内做圆周运动的半径为由几何关系可知， 解得： 答案： 点评：解题时要抓住题目的关键点和隐含条件，正确建立物理模型，此题中电子的轨迹圆的圆心与管道的圆心是重合的，再分析在每个小圆形磁场中的运动，二者结合起来就可以求得结果。6如图甲所示是一种测量血压的压力传感器在工作时的示意图。薄金属片户固定有4个电阻Rl、R2、R3、R
12、4（如图乙），左边是它的侧面图，这4个电阻连接成电路如图丙所示，试回答下列问题：（1）开始时金属片中央O点未加任何压力，欲使电压表无示数，则4个电阻应满足怎样的关系?（2）当O点加一个压力F后发生形变，这时4个电阻也随之发生形变，形变后各电阻大小如何变化?（3）电阻变化后，电路的A、B两点哪点电压高?它为什么能测量血压?解析：（1） （2）有力F作用时发生形变，会使R2、R3的截面积增大电阻减小，R1、R4的长度增加电阻增大，所以R1、R4增大，R2、R3减小。（3）A点电压高；电阻增大，电压降增大，电阻减小，电压降减小，所以A点电压将高于B点，血压越高，压力F越大，金属片形变越显著，电阻变化
13、越大，因而电压表示数越大，于是就能根据电压表示数的大小来测量血压的高低了。答案：见解析点评：金属片受力后连同电阻一起都要发生形变，由于排列的方向不同所以变化程度不同。R1、R4是长度变化，R2、R3是宽度变化，只要分析清楚电阻的变化，关于电路的分析问题不大。7示波管、电视机显像管、电子显微镜中常用到一种叫静电透镜，它可以把电子聚焦在中心轴上的一点F，静电透镜的名称由此可来。它的结构如图所示，K为平板电极，G为中央带圆孔的另一平行金属板，现分别将它们的电势控制在一定数值（图中的数据的单位为V，其中K板的电势为120V，G板的电势为30V）。根据由实验测得的数据，在图中画出了一些等势面，从图中可知
14、G板圆孔附近的等势面不再是平面，而是向圆孔的右侧凸出来的曲面，所以圆孔附近右侧的电场不再是匀强电场，问：（1）你能画出电场线的大致分布吗?（2）分析静电透镜为何对白K电极出发的电子束有会聚作用。（3）一个电子自K电极以一定的速度出发，运动到F点(电势为30.1V)的过程中，电子的加速度如何变化?电场力做了多少功? 电势能改变多少?（设电子电量C）解析：（1）电场线的大致分布如图甲所示。（2）假设由电极K水平向右发射的电子束穿出圆孔后，运动到电场中的A、B两点，A、B两点的电场方向放大至如图乙所示，而电子受到的电场力F与电场方向相反，把F分解成水平方向和竖直方向，则电子的运动情况是水平方向上的减
15、速运动和竖直方向上向着中心轴的加速运动，由对称性不难分析出电子束有向着中心会聚的特点，并可以聚焦在中心轴上的一点F，静电透镜的名称由此而来。（3）由电场线的疏密程度可知电场逐渐减弱，所以电子的加速度逐渐减小.Ep=W=e(UkUF) =J答案：见解析点评：虽然情境比较复杂，感觉有陌生，但所涉及的物理知识一定不会超出我们学习的范围，要从我们熟悉的相关知识和情景来找解题的切入点，要把问题简化处理，此题中实际上就是已知等势面画电场线，和在电场中的加速，只要有了思路解题并不会很难。8正常人心脏在一次搏动中泵出血液大约70mL，正常人血压（可看做心脏压送血液的压强）的平均值约为1.6104Pa，设心脏主
16、动脉的内径约为2.5cm，心跳约每分钟75次，求：（1）心脏推动血液游动的平均功率是多大？（2）血液从心脏流出的平均速度是多少？（3）把一种对人体无害且不能透出血管的试剂共9mg，由静脉一次性注入人体内，在安静的情况下经过一定时间后抽取血样检查，发现该试剂浓度已稳定在2mgL1，由此可推算出人体中血液总量为多少？解析：（1）将心脏输送血液与气筒打气相类比，建立如图3所示恒力做功的物理模型，由恒力做功的公式得，心脏每跳动一次做的功为W1FLpSLpV.所以心脏推动血液流动的平均功率为P（2）每分钟心脏输出血量为VnV07570106m35.25103m3.心脏主动脉横截面积p Sr23.14（1
17、.25102）2m24.9104m2.则血液从心脏流出的平均速度为ms10.18ms1.（3）设循环总血量为V总，由于，2mgL1，则V总4.5L.答案：（1）1.4W（2）0.18ms1（3）4.5L点评：本题从生物（医学）材料入手，考查了综合运用物理学科中功、功率、流量等概念.建立简单的物理模型解决生物（医学）实际问题的能力，能有效训练建模化归的思维能力。三、方法总结与2008年高考预测（一）方法总结1理科综合高考命题的重点是以现实问题立意，找到各学科的联系点，强调知识的应用性。涉及现实问题的命题原则是：不是非常专业的技术问题，而是带有普遍性的应用问题，又是经过简化处理的问题，符合学生的接
18、受水平。这就要求学生，能对现象做出解释，会对情景做出分析，能对事物的发展做出展望，能对现象的成因和过程加以描述，并能得出相应的结论，对规律进行一些必要的探索。根据上述要求，我们首先加强自身的学习，不断丰富自己的知识面，了解科技和社会发展的新动向，掌握新概念、新理论、新技术、新方法。学会处理信息，能读懂资料、看懂图象，并能从图表资料中找到规律，学会使用所学知识解决现实问题。2高考命题指导思想强调知识的实际应用和综合运用能力，突出通实性和通用性，而不是考知识点，也不是考覆盖面，为此，在复习中应注意与实际生活联系紧密的知识展开，培养运用知识解决实际问题以及根据材料提取信息的能力。3信息给予型命题，其
19、特点是立意高(取材于课外社会热点或科技信息)，而落点低(题中所给予信息与中学基础知识密切相关)。主要考查学生自学阅读能力，对信息提炼能力，联想类比，抽象概括建立物理模型的能力及综合运用新旧知识解决实际问题的创新能力。该题型对能力考查的功能显著，有较高的区分度，能够较好的预测考生将来学习的潜能，尤其符合“有助于高校选拔人才”的高考命题方向，从而成为近几年高考试卷中频现的亮点之一。（二）2008年高考预测1随着贴近时代、贴近社会、贴近实际的高考命题原则的确立，理论与实际，以解决现实问题为中心，已成为高考命题的一个指导思想。物理知识在日常生活、生产实际、解释自然现象和现代科技中的应用必定是重要的命题
20、方向。2随着新课改在全国的不断推广，未进行新课改的省市在高考命题时可能也有尝试命制一些体现新课改精神的探究型试题，这一般会以一些生活或新科技为背景材料。这值得我们关注。3物理学与自然和生活的联系更是丰富多彩，如：天体的运动、天气变化、交通工具、体育运动、家庭电器、医疗设备等等，都离不开物理知识。近几年的高考越来越强调与生产、生活实际相联系，08年高考也一定会有这方面的题目。四、强化训练1某课外活动小组将锌片和铜片插入一个西红柿中，用电压表测量到铜片与锌片间电压为0.30V，然后又将同样的10个西红柿电池串联成电池组（n个相同电池串联时，总电动势为nE，内电阻为nr），与一个额定电压为1.5V、
21、额定功率为1W的小灯泡相连接，小灯泡不发光，量得小灯泡两端的电压为0.2V，对此现象，各同学有以下不同的解释：西红柿电池组的电动势大于小灯泡的额定电压，小灯泡已烧毁；西红柿电池组不可能提供电能；西红柿电池组所提供的电功率太小；西红柿电池组的内阻远大于小灯泡的电阻。其中正确的是【 】A B C D2如图所示是4种亮度可调的台灯电路示意图，它们所用的白炽灯泡相同，且都是“220V，40W”，当灯泡所消耗的功率都调至20W时，则台灯所消耗的电功率最小的是【 】3如图（a）为电热毯的电路图，电热丝接在U311sin100t（V）的电源上，电热毯被加热到一定温度后，通过装置P使输出电压变为图7（b）所示
22、波形，从而进入保温状态。若电阻丝电阻保持不变，此时交流电压表的读数是【 】A110V B156V C220V D311V 4如图所示，当电键S断开时，用光子能量为2.5eV的一束光照射阴极P，发现电流表读数不为零。合上电键，调节滑动变阻器，发现当电压表读数小于0.60 V时，电流表读数仍不为零；当电压表读数大于或等于0.60 V时，电流表读数为零。由此可知阴极材料的逸出功为【 】Al.9 eV B0.6 eV C2.5 eV D3.01eV5在核电站的反应堆中，是靠熔化的钠来传递核燃料棒产生的热量的.抽动液态钠的“泵”的传动机械部分不允许和钠接触，因此常使用一种称为“电磁泵”的机械。如图所示这
23、种“泵”的结构，N、S为磁铁的两极，c为放在磁场中的耐热导管，熔融的钠从其中流过，v为钠液的流动方向，要使钠液加速，加在导管中钠液的电流方向应为【 】A由下流向上(） B由上流向下(a）C逆着v方向(b） D顺着v方向(a)6一亮度可调的台灯(灯泡与滑动变阻器串联)白炽灯泡上标有“220 V，40 W”的字样，台灯最暗时灯泡的功率为10 W，此时台灯消耗的功率为_W，若灯泡消耗的电能全部转化为频率为51014的光子，该灯泡最暗时每秒钟约发出_个光子(普朗克常量为6.631034).7某商场安装了一台倾角为30的自动扶梯，该扶梯在电压为380 V的电动机带动下以0.4 m/s的恒定速率向斜上方移
24、动，电动机的最大输出功率为4.9 kW。不载人时测得电动机中的电流为5，若载人时扶梯的移动速率和不载人时相同，则这台自动扶梯可同时乘载的最多人数为_。.(设人的平均质量为60 kg，g10 m/s2)8小汽车正前方S处有一辆正在以速度v0行驶的载重卡车，此时小汽车因有急事需追赶载重卡车，于是立即通知载重卡车司机以加速度a1做匀减速运动，同时小汽车从静止开始以加速度a2做匀加速运动，试求小汽车需多长时间可追上载重卡车。某同学对此题的解法为：小汽车追上载重卡车时，有，由此可求得小汽车追上载重卡车所需的时间t。问：你同意上述解法吗？若同意，求出所需的时间；若不同意，则说明理由并求出你认为正确的结果（
25、只需列出方程即可）。9跳绳比赛是一种较剧烈的运动，某同学质量为50kg，他每分钟跳绳120次，假定在每次跳跃中，脚与地接触时间是跳跃一次所需时间的3/5，运动过程中测得他的心跳每分钟140次，血压平均为3104Pa，已知心跳一次约输送10-4m3的血液，平时心脏正常工作的平均功率约为1.5W，g取10m/s2，求：（1）该同学腾空高度约多大？（2）跳绳时克服重力做功的平均功率多大？（3）此时他的心脏的平均功率比平时提高了多少倍？ 10（07年高考山东）某压力锅结构如图所示。盖好密封锅盖，将压力阀套在出气孔上，给压力锅加热，当锅内气体压强达到一定值时，气体就把压力阀顶起。假定在压力阀被顶起时，停
26、止加热。（1）若此时锅内气体的体积为V，摩尔体积为V0，阿伏加德罗常数为NA，写出锅内气体分子数的估算表达式。(2)假定在一次放气过程中，锅内气体对压力阀及外界做功1J,并向外界释放了2J的热量。锅内原有气体的内能如何变化？变化了多少？（3）已知大气压强P随海拔高度H的变化满足P=P0（1-H），其中常数0。结合气体定律定性分析在不同的海拔高度使用压力锅，当压力阀被顶起时锅内气体的温度有何不同。11（07年高考海南）据报道，最近已研制出一种可投入使用的电磁轨道炮，其原理如图所示。炮弹（可视为长方形导体）置于两固定的平行导轨之间，并与轨道壁密接。开始时炮弹在导轨的一端，通以电流后炮弹会被磁力加速
27、，最后从位于导轨另一端的出口高速射出。设两导轨之间的距离m，导轨长5.0m，炮弹质量。导轨上的电流I的方向如图中箭头所示。可以认为，炮弹在轨道内运动时，它所在处磁场的磁感应强度始终为2.0，方向垂直于纸面向里。若炮弹出口速度为，求通过导轨的电流I。忽略摩擦力与重力的影响。12（06年高考北京）磁流体推进船的动力来源于电流与磁场间的相互作用。图1是在平静海面上某实验船的示意图，磁流体推进器由磁体、电极和矩形通道（简称通道）组成。如图2所示，通道尺寸a2.0m、b0.15m、c0.10m。工作时，在通道内沿z轴正方向加B8.0T的匀强磁场；沿x轴负方向加匀强电场，使两金属板间的电压U99.6V；海
28、水沿y轴方向流过通道。已知海水的电阻率0.20m。（1）船静止时，求电源接通瞬间推进器对海水推力的大小和方向；（2）船以5.0m/s的速度匀速前进。若以船为参照物，海水以5.0m/s的速率涌入进水口，由于通道的截面积小于进水口的截面积，在通道内海水速率增加到vd8.0m/s。求此时两金属板间的感应电动势U感；（3）船行驶时，通道中海水两侧的电压按UUU感计算，海水受到电磁力的80可以转化为对船的推力。当船以5.0m/s的速度匀速前进时，求海水推力的功率。131951年，物理学家发现了“电子偶数”。所谓“电子偶数”，就是由一个负电子和一个正电子绕它们的质量中心旋转形成相对稳定的系统。已知正、负电
29、子的质量均为me，普朗克常量为h，静电力常量为k。（1）若正、负电子是由一个光子和核场相互作用产生的，且相互作用过程中核场不提供能量，则此光子的频率必须大于某个临界值，此临界值为多大？（2）假设“电子偶数”中，正、负电子绕它们质量中心做匀速圆周运动的轨道半径r、运动速度v及电子的质量满足玻尔的轨道量子化理论：，n=1，2，“电子偶数”的能量为正负电子运动的动能和系统的电势能之和，已知两正负电子相距L时系统的电势能为。试求n=1时“电子偶数”的能量。（3）“电子偶数”由第一激发态跃迁到基态发出光子的波长为多大？14由于受地球信风带和盛西风带的影响,在海洋中形成一种河流称为海流.海流中蕴藏着巨大的
30、动力资源。据统计，世界大洋中所有海洋的发电能力达109kW。早在19世纪法拉第就曾设想,利用磁场使海流发电，因为海水中含有大量的带电离子，这些离子随海流做定向运动，如果有足够强的磁场能使这些带电离子向相反方向偏转，便有可能发出电来。目前，日本的一些科学家将计划利用海流建造一座容量为1500kW的磁流体发电机。如图所示为一磁流体发电机的原理示意图，上、下两块金属板M、N水平放置浸没在海水里，金属板面积均为S1103m2,板间相距d100m，海水的电阻率=0.25m，在金属板之间加一匀强磁场，磁感应强度B0.1T，方向由南向北，海水从东向西以速度v5m/s流过两金属板之间，将在两板之间形成电势差。
31、(1)达到稳定状态时，哪块金属板的电势较高? (2)由金属板和海水流动所构成的电源的电动势E及其内电阻r各为多少?(3)若用此发电装置给一电阻为20的航标灯供电，则在 8h内航标灯所消耗的电能为多少?151957年第一颗人造卫星上天，开辟了人类宇航的新时代.五十年来，人类不仅发射了人造地球卫星，还向宇宙空间发射了多个空间探测器.空间探测器要飞向火星等其他行星，甚至飞出太阳系，首先要克服地球对它的引力的作用.理论研究表明，物体在地球附近都受到地球对它的万有引力的作用，具有引力势能，设物体在距地球无限远处的引力势能为零，则引力势能可以表示为E=-G，其中G是万有引力常量，M是地球的质量，m是物体的质量，r是物体距地心的距离。现有一个空间探测器随空间站一起绕地球做圆周运动
