2017年高考物理中的STS试题赏析

(四川省资中县球溪高级中学,四川 内江 641208)

1 引言

STS是科学(Science)、技术(Technology)、社会(Society)的英文缩写,近年来全国高考物理试题富有浓厚的STS气息,试题强调科学、技术、社会的相互作用,引导广大考生重视科学技术在生产、生活及社会发展中的应用,以提高他们的核心素养。

2 2017年高考STS试题分类赏析

2.1 高新科技中的物理

图1

例1(2017年全国Ⅰ卷)：扫描隧道显微镜(STM)可用来探测样品表面原子尺度上的形貌。为了有效隔离外界振动对STM的扰动,在圆底盘周边沿其径向对称地安装若干对紫铜薄板,并施加磁场来快速衰减其微小振动,如图1所示。无扰动时,按下列四种方案对紫铜薄板施加恒磁场;出现扰动后,对于紫铜薄板上下及左右振动的衰减最有效的方案是( )。

解析：由题意可知,磁场的作用是衰减紫铜薄片的振动,因此需要薄片在磁场中振动时,穿过薄片的磁通量发生变化,产生感应电流(涡电流),由楞次定律可知,此时薄片才会受到阻碍其运动的安培力,而选项B、C、D中薄片上下振动时不会产生磁通量变化,故选项A正确。

点评：本题以扫描隧道显微镜为背景,考查了电磁感应现象中的电磁阻尼现象，考查的知识点是产生感应电流的条件,有感应电流才会产生阻尼，阻碍紫铜薄片的振动。与高新科技相关联系的实际问题,还有新型火箭与人造卫星(全国Ⅰ卷第24题、全国Ⅲ卷第14题、天津卷第9题)、飞机降落(北京卷第20题)、质谱仪与加速器(江苏卷第15题)等，这些素材可以将运动与力、万有引力定律的应用、反冲现象、动量与能量、带电粒子在磁场中的运动、电磁感应等物理知识联系起来进行考查。

2.2 家用电器中的物理

例2(2017年江苏卷)：某音响电路的简化电路图如图2所示,输入信号既有高频成分,也有低频成分,则( )。

图2

A. 电感L1的作用是通高频

B. 电容C2的作用是通高频

C. 扬声器甲用于输出高频成分

D. 扬声器乙用于输出高频成分

解析：在电路中电感线圈的作用是“通直流、阻交流,通低频、阻高频”,在电路中电容器的作用是“通交流、隔直流,通高频、阻低频”,所以选项A错误,选项B正确。扬声器甲输出低频成分,扬声器乙输出高频成分,故选项C错误,选项D正确。

点评：本题是以生活中常见的音响电路图为背景,考查电感、电容对交流电的阻碍作用,即感抗、容抗的大小与哪些因素有关,平时要加强学生对于这些非主干知识的掌握。在人教版和教科版教材中多次出现这类素材,如磁带录音机的录(放)音原理、动圈式扬声器的结构和原理、耦合电容与高频旁路电容器的电路和原理、电视图像放大电路图等，都需要在平时的学习过程中加以理解和积累。此类问题容易和电路动态分析、电磁感应、交流电的产生和描述、“电阻、电感、电容对交流电的阻碍作用”、电磁波的发射和接收等知识联系起来考查。

2.3 生活中的物理

例3(2017年天津卷)：如图3所示,轻质不可伸长的晾衣绳两端分别固定在竖直杆M、N上的a、b两点,悬挂衣服的衣架钩是光滑的,挂于绳上处于静止状态。如果只人为改变一个条件,当衣架静止时,下列说法正确的是( )。

图3

A. 绳的右端上移到b′,绳子拉力不变

B. 将杆N向右移一些,绳子拉力变大

C. 绳的两端高度差越小,绳子拉力越小

D. 若换挂质量更大的衣服,则衣服架悬挂点右移

解析：绳的右端上下移动及改变绳子两端高度差都不会改变两部分绳间的夹角,选项A正确、选项C错误;两绳间的夹角与衣服的质量大小无关,选项D错误;将杆N向右移一些,两部分绳间的夹角变大,绳子拉力变大,选项B正确。

点评：本题借助生活中晾衣绳固定在不同位置为背景,综合考查受力分析和共点力的平衡,该题属于力学中动态平衡的典型模型,学生对此并不陌生，关键要判断出绳子和竖直方向的夹角只与绳长和两杆间的距离有关。与生活和生产相关联的物理问题很多,如“用怎样的斧子才能更容易劈开树桩”“怎样用较小的力拉起陷入泥路中的汽车”“如何选择绳子的粗细来固定排球网架”“拉杆箱”等,这类问题容易和受力分析、力的分解、共点力的平衡，并结合数学的最值、几何关系来进行考查。

2.4 体育中的物理

图4

例4(2017年全国Ⅱ卷)：为提高冰球运动员的加速能力,教练员在冰面上与起跑线距离s0和s1(s1

点评：本题以教练员训练冰球运动员的加速能力为背景,主要考查匀变速直线运动的基本规律的应用;需分析物理过程,找到运动员和冰球之间的关联,并能灵活选取运动学公式。与体育相关联的物理问题很多,如100米赛跑、跳高、跳远、跳水、举重、体操(浙江卷第10题)、滑雪、飞镖及球类的平抛运动(全国Ⅰ卷第15题)等,此类素材容易和力学三大运动、牛顿运动定律、功能关系、动量及动量守恒定律等知识点联系起来考查。

2.5 交通运输中的物理

例5(2017年浙江卷)：图5中给出了一段“S”形单行盘山公路的示意图。弯道1、弯道2可看作两个不同水平面上的圆弧,圆心分别为O1、O2,弯道中心线半径分别为r1=10m,r2=20m,弯道2比弯道1高h=12m,有一直道与两弯道圆弧相切。质量m=1200kg的汽车通过弯道时做匀速圆周运动,路面对轮胎的最大径向静摩擦力是车重的1.25倍,行驶时要求汽车不打滑(sin37°=0.6，sin53°=0.8)。

(1) 求汽车沿弯道1中心线行驶时的最大速度v1;

(2) 汽车以v1进入直道,以P=30kW的恒定功率直线行驶了t=8.0s进入弯道2,此时速度恰为通过弯道2中心线的最大速度,求直道上除重力以外的阻力对汽车做的功;

(3) 汽车从弯道1的A点进入,从同一直径上的B点驶离,有经验的司机会利用路面宽度,用最短时间匀速安全通过弯道。设路宽d=10m,求此最短时间(A、B两点都在轨道的中心线上,计算时视汽车为质点)。

图5

图6

2.6 军事中的物理

例6(2017年天津卷)：电磁轨道炮利用电流和磁场的作用使炮弹获得超高速度,其原理可用来研制新武器和航天运载器。电磁轨道炮示意如图7,图中直流电源电动势为E,电容器的电容为C。两根固定于水平面内的光滑平行金属导轨间距为l,电阻不计。炮弹可视为一质量为m、电阻为R的金属棒MN,垂直放在两导轨间处于静止状态,并与导轨良好接触。首先开关S接1,使电容器完全充电。然后将S接至2,导轨间存在垂直于导轨平面、磁感应强度大小为B的匀强磁场(图中未画出),MN开始向右加速运动。当MN上的感应电动势与电容器两极板间的电压相等时,回路中电流为零,MN达到最大速度,之后离开导轨。问:

图7

(1) 磁场的方向;

(2)MN刚开始运动时加速度a的大小;

(3)MN离开导轨后电容器上剩余的电荷量Q是多少。

解析：(1) 垂直于导轨平面向下。

点评：本题以电磁轨道炮利用电流和磁场的作用使炮弹获得超高速度为背景,考查电磁感应现象、电容器、动量定理等知识,难度较大,特别是第(3)问不容易和动量定理联系起来,导致学生无从下手。与军事相关联的实际问题,如建军90周年沙场阅兵中各种先进武器(歼-20战机、PHL03远程火箭炮、反辐射无人机、地空导弹)、电磁推动火箭发射装置、量子通信、电磁炮、隐形战机、新型武器中的涡流制动等,此类素材容易与主干知识中的安培力、法拉第电磁感应定律、闭合电路的欧姆定律、牛顿运动定律、抛体运动、功能关系、动量及动量守恒定律，以及非主干知识中的电磁波的特点、电磁波的发射与接收、光的反射、原子物理等联合起来设置大综合、高难度的试题。

3 结语

陈玉生.解决高考STS试题的困难分析及教学对策[J].物理之友，2014,(6).