李維兵

(江蘇省南通高等師范學(xué)校,江蘇南通 226100)

上海世博會以“城市,讓生活更美好”(Better City,Better Life)為主題,創(chuàng)造了世界博覽會史上最大規(guī)模記錄.為了讓更多的青少年,尤其是中學(xué)生了解世博,放眼世界,作為教育工作者,我們在學(xué)生的生活、學(xué)習(xí)中都涉及到一些與世博相關(guān)的信息.縱觀2010年全國各省市的物理高考試題,涉及到不少以世博為情景來考查物理知識點(diǎn)的新穎試題.下面筆者就從運(yùn)動(dòng)學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)等角度分析.

1 以世博為情景在運(yùn)動(dòng)學(xué)中的運(yùn)用

例1.(2010年上海理綜卷第43題)純電動(dòng)概念車E1是中國館的鎮(zhèn)館之寶之一.若E1概念車的總質(zhì)量為920 kg,在16 s內(nèi)從靜止加速到100 km/h(即27.8 m/s),受到恒定的阻力為1 500 N,假設(shè)它做勻加速直線運(yùn)動(dòng),其動(dòng)力系統(tǒng)提供的牽引力為_______N.當(dāng)E1概念車以最高時(shí)速120 km/h(即33.3 m/s)做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí),其動(dòng)力系統(tǒng)輸出的功率為________kW.

解析:在勻加速階段,由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式 vt=v0+at得加速度為

由牛頓第二定律F合=ma得

F牽-f=ma.

解得

在勻速階段,牽引力與阻力相等,即 F牽=f.故動(dòng)力系統(tǒng)的輸出功率P=F牽v=fv=50 kW.

點(diǎn)評:本題借助與世博館內(nèi)的純電動(dòng)概念車E1為情景,考查了運(yùn)動(dòng)學(xué)公式的運(yùn)用、牛頓第二定律的運(yùn)用、功率的運(yùn)用等.由于路面水平,純電動(dòng)概念車E1在豎直方向受到重力與地面的支持力大小相等、方向相反,合力為零,所以只需考慮在水平方向的運(yùn)動(dòng).可分兩個(gè)過程分析:在勻加速階段,加速度是由牽引力與阻力的合力提供;在勻速階段,牽引力與阻力相等.

2 以世博為情景在熱學(xué)中的運(yùn)用

例2.(2010年上海理綜第41題)中國館、世博中心和主題館等主要場館,太陽能的利用規(guī)模達(dá)到了歷屆世博會之最,總發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)到4.6×103kW.設(shè)太陽能電池板的發(fā)電效率為18%,已知地球表面每平方米接收太陽能的平均輻射功率為1.353 kW,那么所使用的太陽能電池板的總面積為________m2.

解析:設(shè)地球表面每平方米接收太陽能的平均輻射功率為P,設(shè)所使用的太陽能電池板的總面積為 S,總發(fā)電裝機(jī)容量為 P電,發(fā)電效率為η.

則所接收到的太陽總輻射功率為

P=PS.

總發(fā)電裝機(jī)容量為 P電=Pη.

代入數(shù)據(jù)得 S=1.9×104m2.

點(diǎn)評:本題以世博會上中國館、世博中心和主題館等主要場館的太陽能發(fā)電板為情景,考查了熱學(xué)中的輻射功率與發(fā)電容量之間的關(guān)系.題型取材新穎,能夠激發(fā)學(xué)生對物理的求知欲,提升學(xué)生的物理技能.

3 以世博為情景在電學(xué)中的運(yùn)用

例3.(2010年上海理綜卷第42題)各場館的機(jī)器人非常引人注目.在圖1設(shè)計(jì)的機(jī)器人模塊中,分別填入傳感器和邏輯門的名稱,使該機(jī)器人能夠在明亮的條件下,聽到呼喚聲就來為你服務(wù).

圖1

解析:本題以世博館里面的機(jī)器人為情景,考查電學(xué)中的邏輯電路的運(yùn)用.由題意可知,機(jī)器人在具備了兩個(gè)條件下,才能夠?yàn)橛慰头?wù),一是明亮即光;二是呼喚即聲 .所以機(jī)器人所使用的是與門(&)電路.

例4.[2010年安徽卷第21(Ⅱ)題]太陽能是一種清潔、“綠色”能源.在我國上海舉辦的2010年世博會上,大量利用了太陽能電池.太陽能電池在有光照時(shí),可以將光能轉(zhuǎn)化為電能,在沒有光照時(shí),可以視為一個(gè)電學(xué)器件.某實(shí)驗(yàn)小組根據(jù)測繪小燈泡伏安特性曲線的實(shí)驗(yàn)方法,探究一個(gè)太陽能電池在沒有光照時(shí)(沒有儲存電能)的 I-U特性.所用的器材包括:太陽能電池,電源 E,電流表 A,電壓表 V,滑動(dòng)變阻器 R,開關(guān)S及導(dǎo)線若干.

(1)為了達(dá)到上述目的,請將圖2連成一個(gè)完整的實(shí)驗(yàn)電路圖.

圖2

(2)該實(shí)驗(yàn)小組根據(jù)實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù),描點(diǎn)繪出了如圖3的I-U圖像.由圖可知,當(dāng)電壓小于2.00 V時(shí),太陽能電池的電阻_______(填“很大”或“很小”);當(dāng)電壓為2.80 V時(shí),太陽能電池的電阻約為 Ω.

圖3

解析:(1)根據(jù)測繪小燈泡伏安特性曲線的實(shí)驗(yàn)方法,電表讀數(shù)要求從零開始,故供電電路應(yīng)該選分壓式電路,其電路連接如圖4所示;

(2)在電壓小于 2.00 V時(shí),由圖可知電流很小,由 I=可知太陽能電池的電阻很大;當(dāng)電壓為2.80 V時(shí),根據(jù)圖可讀出I=2.8 mA,由,解得 R=1.0×103Ω.

圖4

點(diǎn)評:本題以世博里面的太陽能電池為研究對象,考查了電學(xué)中一個(gè)非常重要的實(shí)驗(yàn),即小燈泡伏安特性曲線的實(shí)驗(yàn).情景比較新穎,學(xué)生如果審題不清,很容易被太陽能電池所迷惑,容易產(chǎn)生把太陽能電池當(dāng)作電源的錯(cuò)誤想法,導(dǎo)致解錯(cuò).實(shí)際上題目中的太陽能電池只是等效于一個(gè)阻值變化的電學(xué)元件.理解了這一點(diǎn),題目將迎刃而解.可見本題借助世博情景,很好地考查了學(xué)生的物理審題能力.