运用试题形式解读“阅读材料”，本文主要内容关键词为：试题论文,形式论文,材料论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
在现行高中（人教版全日制普通高级中学教科书）《物理》中，编排了许多“阅读材料”，旨在培养学生的学习兴趣，拓宽学生的知识面，提高学生的科学素养。随着高考科目的内容改变和调整，高考中出现了许多联系科技、生产、生活和社会实际的新颖试题，用来考查学生运用物理知识分析和解决实际问题的能力。这类试题绝大多数源于教材中的“阅读材料”。为了让学生更好地理解和掌握“阅读材料”的内容，笔者在教学中用试题的形式帮助学生进行解读，效果较好。本文列举数例与同行探讨。
一、纳米技术
例1 纳米材料具有许多优越性能，而且有着广阔的应用前景。已知1nm（纳米）=10[-9]m，边长为1nm的立方体内可容纳的液态氢分子（其直径约为10[-10]m）的个数最接近下列哪一个数值（）
A.10[2] B.10[3] C.10[6] D.10[9]
解析 纳米是一个长度单位，符号是nm，1nm=10[-9]m，一般分子的直径大约为0.3～0.4nm，纳米技术是纳米尺度内（0.1～100nm）的科学技术，研究对象是一小堆分子或单个的分子、原子。边长为1nm的立方体的体积为V=1nm[3]。而每个氢分子的体积V′=1/6πd[3]10[-3]nm[3]，因此n=V/V′=10[3]个。故正确答案为选项B。
二、大气中的光现象——蒙气差
例2 假设地球表面不存在大气层，那么人们观察到的日出时刻与实际存在大气层的情况相比（）
A.将提前
B.将延后
C.在某些地区将提前，在某些地区将延后
D.不变
解析 太阳光在大气中要发生折射，由于覆盖着地球的大气层自上而下疏密程度不同，越接近地球表面越稠密，折射率也越大。当我们看到太阳从地平线上刚刚升起时，实际看到的是它处在地平线的下方时发出的光，只是由于空气的折射，才看到太阳处于地平线的上方，这种效应即是蒙气差。故正确答案为选项B。
三、大气中的光现象——海市蜃楼
例3 在沙漠中或大海上旅行，有时会看到前方的地平线上有高楼大厦或者热闹的市场，实际上却什么也没有，这种现象叫做“海市蜃楼”，出现“海市蜃楼”的原因是（）
A.光在海面上或沙漠上反射的缘故
B.光从云层上反射的缘故
C.光沿直线传播的缘故
D.光在不均匀的大气层中不沿直线传播的缘故
分析 由于大气层空气分布不均匀，阳光在穿过厚厚的大气层时要发生折射，致使路径变弯，达到一定程度时，就会出现“海市蜃楼”的景象。故正确答案为选项D。
四、磁与生物
例4 1991年8月《新民晚报》报道一则消息：“上海的信鸽从内蒙古放飞后经历了20余天，返回上海市鸽巢。”信鸽这种惊人的远距离辨认方向的本领，实在是令人稀奇，人们对信鸽具有高超的认路本领的原因提出了如下猜想：
A.信鸽对地形地貌有极强的记忆力
B.信鸽能发出并接受某种超声波
C.信鸽能发出并接收某种次声波
D.信鸽体内有一种磁性物质，它能借助磁场辨别方向
那么，信鸽究竟靠什么辨别方向呢？科学家们曾做过一个实验：把几百只训练有素的信鸽分成两组，在一组信鸽的翅膀下各缚一块小磁铁，而另一组信鸽的翅膀下各缚一块大小相同的铜块，然后将它们带到一定距离的地方放飞，结果大多数缚铜块的信鸽飞回鸽舍，而缚着磁铁的信鸽却全部飞散了。科学家的实验支持了上面哪一种猜想？（）
分析 信鸽辨认方向的惊人本领是人所共知的，在短文的第二段的基础上，不难判断出缚小磁铁的信鸽为什么会迷失方向的原因是：信鸽处在磁铁的强磁场内，干扰了它体内的磁性物质以致失去了辨别方向的能力，而铜块没有磁性，不会干扰鸽子体内的磁性物质。故正确答案为选项D。
五、寻找磁单极子
例5 近代物理学家预言有磁单极子（即单个的N极或S极）存在，假设有一个N极磁单极子存在，当它水平穿过一个如图1所示的竖直悬挂的超导线圈，那么，从左向右看，这个线圈将出现（）
图1
A.先是逆时针方向，然后是顺时针方向的感应电流
B.先是顺时针方向，然后是逆时针方向的感应电流
C.顺时针方向持续流动的感应电流
D.逆时针方向持续流动的感应电流
分析 1931年，英国物理学家狄拉克从理论上预言存在着只有一个磁极的粒子——磁单极子，美国的一位物理学家卡布莱拉用实验寻找磁单极子，实验根据的原理就是电磁感应现象。仪器主要部分是由超导体做成的线圈。设想有一个磁单极子穿过超导线圈，穿过超导线圈的磁通量将发生变化，而且引起的感应电动势方向不变，于是，在超导线圈中将引起感应电流，超导体的电阻为零，这个电流将长期维持下去而不减弱。根据电磁感应规律可知，正确答案为选项D。寻找磁单极子的实验还在进行中，如果磁单极子确实存在，现在的电磁理论就要做重大修改，对整个物理学基础理论的发展将产生重大的影响。
六、电磁感应现象的应用——磁带录音机的原理
例6 如图2所示，磁带录音机既可用作录音，也可用作放音，其主要部件为匀速行进的磁带a和绕有线圈的磁头b，不论是录音或放音过程，磁带或磁头软铁芯均会存在磁化现象，下面是对于它们在录音、放音过程中主要工作原理的描述，正确的是（）
图2
A.放音的主要原理是电磁感应，录音的主要原理是电流的磁效应
B.录音的主要原理是电磁感应，放音的主要原理是电流的磁效应
C.放音和录音的主要原理都是磁场对电流的作用
D.录音和放音的主要原理都是电磁感应
分析 磁带录音机主要由机内话筒、磁带、录放磁头、放大电路、扬声器、传动机构等部分组成。录音时，声音使话筒中产生随声音而变化的感应电流——高频电流——音频电流。音频电流经放大电路放大后进入录音磁头的线圈中，由于电流的磁效应，于是在磁头的缝隙处产生随音频电流变化的磁场，磁带紧贴着磁头缝隙移动，磁带上的磁粉层被磁化，在磁带上记录下声音的磁信号。
放音是录音的逆过程，放音时，磁带紧贴着放音磁头的缝隙通过，磁带上变化的磁场使放音磁头线圈中产生感应电流，感应电流的变化跟记录下的磁信号相同，所以线圈中产生的是音频电流，这个电流经放大电路放大后送到扬声器，扬声器把音频电流还原成声音。故正确答案为选项A。
七、汽油机点火装置
例7 汽车消耗的主要燃料是柴油和汽油，柴油机是利用压缩汽缸内的空气而点火的；而汽油机做功冲程开始时，汽缸中的汽油—空气的混合气体是靠火花塞点燃的，但是汽车蓄电池的电压只有12V，不能在火花塞中产生火花，因此，要使用如图3所示的点火装置。该装置的核心是一个变压器，变压器的初级线圈通过开关连接到蓄电池上，次级线圈接到火花塞的两端，开关由机械自动控制，做功冲程开始时，开关由闭合变为断开，从而在次级线圈中产生10000V以上的电压，这样就能在火花塞中产生火花了。下列说法中正确的是（）
图3
A.柴油机的压缩点火过程是通过做功使空气的内能增大的
B.汽油机点火装置的开关若始终闭合，次级线圈的两端也会有高压
C.汽油机火花塞产生的火花实质是混合气被电离时产生的弧光放电
D.汽油机的点火装置中变压器的次级线圈匝数必须远大于初级线圈的匝数
分析 柴油机的压缩点火过程是通过外界对气体做功，空气内能增大，温度升高且超过柴油的燃点而使喷入的柴油燃烧的。汽油机做功冲程开始时，汽缸中的汽油—空气的混合体要靠火花塞点燃。在如图3所示的装置中，开关由闭合变为断开的瞬间，初级线圈中电流急剧减小，穿过初、次级线圈的磁通量变化很快，在次级线圈比初级线圈匝数多得多的情况下，即可在次级线圈中感应出很高的电压，可达10000V以上，这样即能在火花塞中产生电火花了。故正确答案为选项AD。
八、电容式传感器
例8 1999年7月12日，日本原子能公司所属敦贺湾核电站由于水管破裂导致高辐射冷却剂外流，在检测此次重大事故中应用了非电量变化（冷却剂外泄使管中液面变化）转移为电信号的自动化测量技术。图4是一种通过检测电容器电容的变化来检测液面高低的仪器原理图，容器中装有导电液体，是电容器的一个电极，中间的芯柱是电容器的另一个电极，芯柱外面套有绝缘管（塑料或橡皮）作为电介质，电容器的两个电极分别用导线连接在指示器上，指示器上显示的是电容的大小，但从电容的大小就可知容器中液面位置的高低。那么以下说法中正确的是（）
图4
A.如果指示器显示出电容增大了，则两电极正对面积增大，液面一定升高
B.如果指示器显示出电容减小了，则两电极正对面积增大，液面一定升高
C.如果指示器显示出电容增大了，则两电极正对面积减小，液面一定降低
D.如果指示器显示出电容减小了，则两电极正对面积增大，液面一定降低
分析 电容器的电容C决定于两极板正对面积S，极板间的距离d以及极板间的电介质这几个因素，如果某一物理量（如角度θ、位移s、深度h等）的变化能引起上述某个因素的变化，从而引起电容的变化，那么，通过测定电容器的电容就可以确定上述物理量的变化，具有这种用途的电容器称为电容式传感器。此题中，如果指示器显示出电容增大了，表明两电极正对面积增大，即液面升高；反之，如果指示器显示电容减小了，表明两电极间正对面积减小，亦即液面降低。故正确答案为选项A。
九、黑洞
例9 黑洞是近代引力理论预言的一种特殊天体，它的质量十分巨大，以至于其脱离速度有可能超过真空中的光速，因此其表面附近的任何物体都不能脱离它的束缚，甚至连光也不能射出。已知物质在地球上的逃逸速度（第二宇宙速度）是v=
，其中万有引力常量G=6.67×10[-11]N·m[2]/kg[2]，M、R分别表示地球的质量和半径。
（1）天文学家根据天文观测公布以下结果：在银河系中心可能存在一个大黑洞，它的引力使距该黑洞6×10[12]M的星体以2000km/s的速度绕其旋转，若视星体做匀速圆周运动，试求该黑洞的质量。
（2）设某黑洞的质量等于太阳的质量M=2.0×10[30]kg，求它的可能最大半径。
（3）在目前的天文观测范围内，宇宙的平均密度为10[-27]kg/m[3]，若视宇宙是一个均匀的大球体，光子也不能逃离宇宙，则宇宙的半径至少应为多大？
解析 （1）黑洞的引力为星体做匀速圆周运动的向心力，由牛顿第二定律及万有引力定律得
GMm/r[2]=m（v[2]/r）则黑洞质量为
M=rv[2]/G=3.6×10[35]kg。
（2）将此黑洞类比地球，两者的逃逸速度计算公式相同，即v=。对于黑洞而言，逃逸速度v＞c。c为真空中光速，即v=＞c。则
R＜2GM/c[2]=3.0km。
（3）视宇宙为普通天体，设其半径为R，则宇宙质量为m=pV=p·（4/3）πR[3]，宇宙的逃逸速度为v=
＞c，若光子也不能逃离宇宙，则
十、康普顿效应
例10 1992年，美国物理学家康普顿在研究石墨中的电子对X射线的散射时，发现有些散射波的波长比入射波的波长略大，他认为这是光子和电子碰撞时，光子的一些能量转移给了电子，如图5所示。设入射的X射线的频率为v，电子在碰撞前近似地看做是静止的，静止时电子的质量为m[，0]，碰撞后电子的速度为v，这时电子的质量为m，按相对论原理可知，m=
，并假设当散射角
=90°时，问：
图5
（1）入射时X射线的光子的能量、动量各是多少？
（2）求散射后X射线的光子的频率？
（3）试证明散射前后X射线的波长差为
λ=h/m[，0]c。
解析 光子和电子碰撞时，能量和动量守恒。该题中能量和动量的计算应按相对论原理来进行。
（1）光子的能量为hv，动量为hv/c。
（2）根据能量守恒得hv+m[，0][2]=hv′+mc[2]，由于散射角=90°，如图6所示，根据动量守恒得
图6
由相对论可知由此可求得
由此可求得
V'=(m[，0]c[2]v)/(m[，0]c[2]+hv)。
（3）散射前后X射线的波长差为
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