在2010年高考物理中的“世博”题

李维兵

(江苏省南通高等师范学校,江苏南通 226100)

上海世博会以“城市,让生活更美好”(Better City,Better Life)为主题,创造了世界博览会史上最大规模记录.为了让更多的青少年,尤其是中学生了解世博,放眼世界,作为教育工作者,我们在学生的生活、学习中都涉及到一些与世博相关的信息.纵观2010年全国各省市的物理高考试题,涉及到不少以世博为情景来考查物理知识点的新颖试题.下面笔者就从运动学、热学、电学等角度分析.

1 以世博为情景在运动学中的运用

例1.(2010年上海理综卷第43题)纯电动概念车E1是中国馆的镇馆之宝之一.若E1概念车的总质量为920 kg,在16 s内从静止加速到100 km/h(即27.8 m/s),受到恒定的阻力为1 500 N,假设它做匀加速直线运动,其动力系统提供的牵引力为_______N.当E1概念车以最高时速120 km/h(即33.3 m/s)做匀速直线运动时,其动力系统输出的功率为________kW.

解析:在匀加速阶段,由运动学公式 vt=v0+at得加速度为

由牛顿第二定律F合=ma得

F牵-f=ma.

解得

在匀速阶段,牵引力与阻力相等,即 F牵=f.故动力系统的输出功率P=F牵v=fv=50 kW.

点评:本题借助与世博馆内的纯电动概念车E1为情景,考查了运动学公式的运用、牛顿第二定律的运用、功率的运用等.由于路面水平,纯电动概念车E1在竖直方向受到重力与地面的支持力大小相等、方向相反,合力为零,所以只需考虑在水平方向的运动.可分两个过程分析:在匀加速阶段,加速度是由牵引力与阻力的合力提供;在匀速阶段,牵引力与阻力相等.

2 以世博为情景在热学中的运用

例2.(2010年上海理综第41题)中国馆、世博中心和主题馆等主要场馆,太阳能的利用规模达到了历届世博会之最,总发电装机容量达到4.6×103kW.设太阳能电池板的发电效率为18%,已知地球表面每平方米接收太阳能的平均辐射功率为1.353 kW,那么所使用的太阳能电池板的总面积为________m2.

解析:设地球表面每平方米接收太阳能的平均辐射功率为P,设所使用的太阳能电池板的总面积为 S,总发电装机容量为 P电,发电效率为η.

则所接收到的太阳总辐射功率为

P=PS.

总发电装机容量为 P电=Pη.

代入数据得 S=1.9×104m2.

点评:本题以世博会上中国馆、世博中心和主题馆等主要场馆的太阳能发电板为情景,考查了热学中的辐射功率与发电容量之间的关系.题型取材新颖,能够激发学生对物理的求知欲,提升学生的物理技能.

3 以世博为情景在电学中的运用

例3.(2010年上海理综卷第42题)各场馆的机器人非常引人注目.在图1设计的机器人模块中,分别填入传感器和逻辑门的名称,使该机器人能够在明亮的条件下,听到呼唤声就来为你服务.

图1

解析:本题以世博馆里面的机器人为情景,考查电学中的逻辑电路的运用.由题意可知,机器人在具备了两个条件下,才能够为游客服务,一是明亮即光;二是呼唤即声 .所以机器人所使用的是与门(&)电路.

例4.[2010年安徽卷第21(Ⅱ)题]太阳能是一种清洁、“绿色”能源.在我国上海举办的2010年世博会上,大量利用了太阳能电池.太阳能电池在有光照时,可以将光能转化为电能,在没有光照时,可以视为一个电学器件.某实验小组根据测绘小灯泡伏安特性曲线的实验方法,探究一个太阳能电池在没有光照时(没有储存电能)的 I-U特性.所用的器材包括:太阳能电池,电源 E,电流表 A,电压表 V,滑动变阻器 R,开关S及导线若干.

(1)为了达到上述目的,请将图2连成一个完整的实验电路图.

图2

(2)该实验小组根据实验得到的数据,描点绘出了如图3的I-U图像.由图可知,当电压小于2.00 V时,太阳能电池的电阻_______(填“很大”或“很小”);当电压为2.80 V时,太阳能电池的电阻约为 Ω.

图3

解析:(1)根据测绘小灯泡伏安特性曲线的实验方法,电表读数要求从零开始,故供电电路应该选分压式电路,其电路连接如图4所示;

(2)在电压小于 2.00 V时,由图可知电流很小,由 I=可知太阳能电池的电阻很大;当电压为2.80 V时,根据图可读出I=2.8 mA,由,解得 R=1.0×103Ω.

图4

点评:本题以世博里面的太阳能电池为研究对象,考查了电学中一个非常重要的实验,即小灯泡伏安特性曲线的实验.情景比较新颖,学生如果审题不清,很容易被太阳能电池所迷惑,容易产生把太阳能电池当作电源的错误想法,导致解错.实际上题目中的太阳能电池只是等效于一个阻值变化的电学元件.理解了这一点,题目将迎刃而解.可见本题借助世博情景,很好地考查了学生的物理审题能力.