编制综合题，介绍新科技，本文主要内容关键词为：新科技论文,综合题论文，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。
20世纪物理学的发展，不但支持了自然科学各分支学科的发展，更带来了科技的突飞猛进，物理学的研究成果迅速深入到各个应用领域，为现代技术的形成奠定了基础。物理学广泛的应用背景和价值，使其成为实现开拓创新的最重要的一门基础研究学科，物理学因其对现代技术的支撑作用而将在21世纪备受重视。物理学的这种特点，促进了中学物理教学改革的一个重要方面就是要将基本物理概念、规律的传授与其应用背景的介绍结合起来。目前的综合题就是实现这种结合的极好的载体。以中学物理主干知识的应用为目的，以高新科技为问题情景，编制出联系实际、富有新意的题目用于教学，学生通过解题，既可巩固所学基础理论知识，又了解了知识的应用背景与应用价值，这有助于提高学生学习兴趣，开阔学生视野、发展学生创造力、培养学生理论联系实际的科学态度，从而提高学生的科学素养。作为一种尝试，本文推出若干新编综合题（以物理学科内综合为主），每题涉及一项新技术，采取夹叙夹疑的方式，引导学生通过主动思考与学习去掌握，去成功，每题后略述笔者星点陋见，以便与大家交流切磋。
一、潮汐发电
题目 海水的自然涨落现象——潮汐是由月球和太阳对海水的引力作用形成的，在某些河口、海湾及窄浅的海峡，潮差可达7—8m， 有的甚至达10m以上。 利用潮水涨落产生的水位差所具有的势能发电叫潮汐发电，是目前海洋能利用中最主要的一种。由于潮水的流动是不断变换方向的，潮汐发电也就有不同的形式：如只能在落潮时发电的单库单向型；在涨、落潮时都能发电的单库双向型；可以连续发电的双库双向型等。1980年在我国浙江温岭乐清湾建成的江厦潮汐试验电站是我国第一座单库双向潮汐电站，其规律居世界第三位。
1.潮汐有周期性，海面升高幅度不同。试分析为什么每逢月盈时，会出现大潮？
2.太阳的质量约为月球质量的2.690×10[7]万倍，日、地间距离约是月、地间距离有389倍， 则月球对地球的引潮力是太阳对地球引潮力的多少倍？（已知日、月对地球引潮力与其质量成正比，与距离的3 次方成反比）
3.如图1所示为单库双向型潮汐电站示意图，在海湾建一拦水坝， 使海湾与大海隔开构成水库，在坝上安装水轮发电机组，利用潮汐造成的坝内、外水位差，引导高水位的海水通过水轮发电机，将机械能转变成电能。试用图中规定的符号，画出涨潮和落潮时，海水双向流动的路径。
4.江厦潮汐电站海湾水库面积约2.5×10[6]m[2]，设电站的总能量转换效率为10％，该电站的年发电总量1.07×10[7]kw·h，总装机容量（电站发电功率）3.2×10[3]kW。试推算电站涨、落潮的平均潮差及日满负荷工作的时间。
5.由于潮汐摩擦作用，地球的自转始终在变慢，过多地利用潮汐发电，会使地球自转能量消耗更多，试估算，要是全世界潮汐发电的功率达到20亿kW，再过2000万年，地球自转一圈要用多少时间？计算时将地球视作质量均匀分布的球体，地球自转动能E[,k]的计算用公式E[,k]＝1／5MR[2]ω[2]，M取6.0×10[24]kg，R取6400km， ω为地球自转角速度。
命题意图 海洋被称为“蓝色油田”是因为它蕴藏着极丰富的能源：潮汐能、波浪能、温差能、盐度差能、海流能等，海洋能源粗略估算达150亿kW，海洋能源急待人类去开发。 潮汐发电是海洋能开发较早的一种，据联合国《开发论坛》预计，到2000年世界潮汐发电站年发电量可达300－600亿kW·h，我国潮汐能源约1.1×10[8]kW， 开发利用潮汐能技术也在不断提高。中学生对此应有所了解。本题以潮汐能发电这一事件为背景，向同学们介绍了潮汐能、潮汐发电的原理、条件，介绍了我国江厦潮汐试验电站的一些基本情况。第5 小题的设置是为了让学生了解到，与任何事物一样，利用潮汐能发电也有它的负面影响。本题需要学生运用万有引力定律、能量守恒定律、功和功率公式；对单库双向水流，需要学生有想象力；两处推算，需要学生正确建立物理模型和有一定的运算能力，还涉及到一些基本的地理知识。
二、卫星悬绳发电实验
题目 1992年和1996年，在美国航天飞机“阿特兰蒂斯”号上进行过一项卫星悬绳发电实验：航天飞机在赤道上空圆形轨道上由西向东飞行，速度为7.5km／s，地磁场在航天飞机飞行轨道处的磁感强度B≈0.50×10[－4]T。从航天飞机上发射出的一颗卫星，携带一根长L＝20km 的金属悬绳与航天飞机相连。航天飞机和卫星间的这条悬绳方向沿地球径向并指向地心。悬绳电阻约r＝800Ω，由绝缘层包裹，结果在绳上产生的电流强度约I＝3A。
1.估算航天飞机飞行轨道高度，取地球半径6400km，第一宇宙速度为7.9km／s。
2.卫星悬绳发电实验是在地球大气层的哪个层次进行的？
A.对流层B.平流层
C.中间层D.热层
3.这根金属悬绳上能产生多大的感应电动势？计算时认为金属绳是刚性的。并比较绳的两端，即航天飞机端与卫星端电势哪个高？
4.试析悬绳上电流是通过什么样的回路形成的？
5.航天飞机可获得多大的电功率？
命题意图 本题选取了绳系卫星这一太空研究探索为背景，将最先进的航天科技知识介绍给中学生，意在开拓他们的想象空间，绳系卫星是系留在航天器上绕地球飞行的一种新型卫星，可以用来对地球大气的热层和散逸层进行直接探测，系绳是由导体材料做成，可进行地球空间磁场及电离层的探测，系绳在运动中切割地磁场又可为卫星和牵引它的航天器提供电力。通过本题，学生会发现所学力学知识、电路知识、电磁感应知识以及地球物理有关知识是非常有用的，若通过教师适当展开，学生会对此产生兴趣，去思索、去探究，或者成为志向，这就达到了命题者的初衷。
三、太空城
题目 向空间发展最具可能的是在太阳系内地球附近建立“太空城”。如图2是设想中的一个圆柱形的太空城，长1600m，直径200m，在电力的驱动下，绕自身轴转动。其外壳为金属材料，内壁沿纵向分隔成6个部分，窗口和人造陆地交错分布，陆地上复盖1.5m厚的土壤，窗口外有巨大的铝制反射镜，可调节阳光的射入，城内部充满空气。太空城内的空气，水和土壤最初可从地球和月球运送，以后则在太空城内形成与地球相同的生态环境。
1.为了使太空城的居民能如同在地球上一样具有“重力”，以适应人类在地球上的行为习惯，太空城将绕其中心轴以一定角速度转动。试求太空城自转的转数。
2.太空城内种植绿色植物，它在进行光合作用时，释放出氧气供太空居民呼吸。设植物每合成M（mol）葡萄糖释放的氧气全部供太空人呼吸，通过体内有氧代谢产生的储存在ATP中的能量是〔 〕
A.2870M（kJ） B.1255M（kJ）
C.1645M（kJ） D.7350M（kJ）
3.地球、月球在相互间的万有引力作用下，绕它们的连线上的一点C做匀角速度的转动。 太空城的首选位置在月球轨道上与月球及地球等距的地方，如图3所示。这里，太空城在地球、月球引力共同作用下，相对于地球、月球均处于平衡。试证明，太空城在这里所受地球、月球引力的合力作用线指向点C。
命题意图 在题干部分用图文简要地介绍太空城的模型结构，三个问题的设计既以学生现有知识作为切入点，又依据太空城作为人的生存环境应考虑的重大问题——重力环境、生命运动、空间环境等给出提示，题目力图使“讲科学、用知识、学思考”集于一体，达到更高的教学效果。
四、气象卫星
题目 气象卫星装有电视摄像机和红处辐射计，可以拍摄云的照片，测量温度、湿度、风速等各种气象参数。它既能观测大面积以至全球范围的气象资料，又能测量离地面不同高度上的气象数据。我国先后发射的“风云一号”和“风云二号”气象卫星，运行轨道不同，前者采用“极地圆形轨道”，轨道平面与赤道平面垂直，通过地球两极，每12小时巡视地球一周，每天只能对同一地区进行两次观测；后者采用“地球同步轨道”，轨道平面在赤道平面内，能对同一地区进行连续观测。
1.两种不同轨道的气象卫星在运行与观测时（ ）
A.“风云一号”卫星观测区域比“风云二号”卫星观测区域大
B.“风云一号”卫星轨道半径比“风云二号”卫星轨道半径大
C.“风云一号”卫星运行周期比“风云二号”卫星运动周期大
D.“风云一号”卫星运行速度比“风云二号”卫星运行速度大
极地圆形轨道也称太阳同步轨道，一般用作观测地球的卫星，如气象卫星、侦察卫星、地球资源卫星等几乎都在太阳同步圆形轨道上运行，在这种轨道上运行的卫星通过任意纬度的地方时保持不变，例如卫星由南向北经过北纬40°上空是当地时间早晨8点， 以后凡由南向北经过北纬40°都是当地时间早晨8点， 从而使卫星能在太阳光照角度基本相同的条件下对地球摄影。
2.为了使极地轨道平面与日地线的夹角即太阳的光照角不变，轨道平面须绕地球自转轴旋转，这个旋转的角速度应是（ ）
A.ω＝2π／恒星日 B.ω＝2π／太阳日
C.ω＝2π／366.25恒星日D.ω＝2π／365.25太阳日
1997年6月10日， 在我国西昌卫星发射中心用“长征一号”运载火箭成功发射的“风云二号”A气象卫星， 是我国研制成功的第一颗静止气象卫星，设计工作寿命3年。2000年6月25日，“长征三号”运载火箭又将我国自行研制的第二颗“风云二号”B气象卫星成功发射上天， 在太空中顺利完成与A星的“新老交替”，最终定点在东经105°赤道上空，将向地面传回中国及周边地区的更高质量的气象资料。
3.欲实现全球气象监测，至少需要几颗这样的地球静止气象卫星？（ ）
A.2颗B.3颗C.2颗D.6颗
4.风云二号气象卫星距地面的高度约为（ ）
A.900kmB.6400km
C.10000km
D.36000km
5.气象卫星发送回地面的红外云图是由设置在卫星上的具有接收云层辐射的红外线感应器完成的。云图上的黑白程度由辐射红外线的云层的温度高低决定。这是利用了红外线的（ ）
A.不可见性 B.穿透性
C.热效应D.化学效应
6.据报载，“风云二号”B 卫星对卫星上扫描辐射计作了设计改进，解决了星蚀期内原始云图受太阳光干扰的影响，试作图表示星蚀发生的原因。
命题意图 本题围绕与生产、生活息息相关、反映我国航天技术领先成就的气象卫星展开。学生从课本上学到了人造卫星的基本理论知识，本题可以作为教材的延伸。设计的第1—4题，使学生通过对“风云一号”和“风云二号”卫星的不同工作用途，了解卫星轨道的不同特点；第5题让学生了解红外云图的来由；第6题的设置意在引导学生运用对称平移的思考方法，用学过的日蚀、月蚀的现象考虑卫星的星蚀问题，另外，本题也要求学生熟悉相关的天文地理知识。
五、太空太阳能电站
题目 1991年8月，世界各国的太阳能专家们聚集巴黎， 专门讨论了太空太阳能电站问题。这种空间太阳能电站建在地球同步轨道的一个固定位置上，向地球上固定区域供电。其发电及传输示意如图4所示。 在太阳能收集板上铺设太阳能硅电池，通过光电转换把太阳能转变成电能，再经微波转换器将直流电转换成微波，并通过天线将电能以微波形式向地面发送。地面接收站通过整流天线把微波能还原成电能。
1.完成下面图5太空太阳能电站和工作流程图。
2.太阳能电池的硅片每片面积4cm[2]，可提供电能50mW，巨大的太阳能收集板电池列阵面积为5000km[2]，其发电功率是多少？
3.利用微波传输电能，实现了“无缆输电”，输电效率可达80％。微波输电采用的频率是2450MHz， 计算它的波长及到达地面接收站时的功率。
4.估算空间太阳能电站一昼夜间由于被地球遮挡而不能发电的最长时间。取地球本影长为地球半径的216倍， 同步轨道距离地面的高度为地球半径的5倍。
5.太阳能电站是非常庞大的。请你对建造太空电站的工程作一个框架设计。
命题意图 将大型太阳能收集器设置在太空来收集太阳能，然后再把它传送到地面转换成电能的想法是1968年首先由美国人格拉塞提出的，题目将这种有着美好前景的创意推荐给中学生，让学生了解科学家在想些什么，让他们也展开想象的翅膀。设计第1小题。 帮助学生建立一个宏观图象；第2小题通过计算了解太空电站的宏大；第4个问题是科学家在设计太空电站时考虑到的，学生可运用所学几何光学知识去推算；设计第5小题是给学生作一个创新思维的导向。
六、仿生材料
题目 仿生学是生命科学和工程技术科学相互渗透、彼此结合产生的一门新兴的边缘学科。仿生材料是仿生学的组成部分，它是在研究一些动物和植物活体的基础上，掌握生物所具有的特异功能，再设法把这些研究成果用于实践，设计和制造出来的一类新材料。
1.研究细胞膜的功能特性，发现细胞膜既能保证细胞吸收所需物质，又能阻止有害物质进入，这种功能特性称为[ ]
A、一定流动性B、保护性
C、选择透过性D、透过性
人们用有机高分子材料制成了一种人工半透膜。使之具有与细胞膜类似的功能，并利用这种仿生膜来实现渗透现象。
2.下列哪些事例属于渗透现象？（ ）
A、新鲜蔬菜上撒盐后，会产生菜卤汁
B、胆固醇进入小肠绒毛上皮组织
C、用渗析法提纯含有NaCl的淀粉胶体
D、用薄膜技术脱水浓缩葡萄汁
3.海洋中有一种可以利用的能源叫海水盐度差能，利用这种能量发电称为盐度差发电，装置示意如图5所示。 其原理是：在海水与淡水之间——例如江河入海口处用半透膜隔开，由于渗透作用，使________水通过半透膜流向_________水，使膜的___________水一侧水位升高，大约可达25m， 然后让水冲击水轮发电机组发电。我国陆地河川入海径流量每年约2×10[12]～3×10[12]m[3]。估算我国盐度差能蕴藏量约为___________kW。
4.建造海水盐度差发电站的最佳选址是（ ）
A、长江三峡B、黄河河套
C、黑龙江入海口D、珠江入海口
命题意图 支撑本题的学科知识涉及生物、化学、地理和物理，应用背景一是仿生材料半透膜，一是海水盐度差能发电，一是电站选址考虑因素。本题较好地将各科知识相互交叉融汇，给出的是综合性的实际问题，有助于综合能力和应用能力的培养。
七、磁悬浮列车
题目 提高铁路运行时速是人们孜孜以求的。1966年，有人建议利用超导磁体和路基导体中的感应电流之间的磁力把列车悬浮起来运行：如图6所示，在车辆底部安装超导磁体， 在轨道两旁埋设一系列闭合的铝环。整个列车由埋在地下的线性同步电动机来驱动。当列车运行时，列车凌空浮起，使车与轨道间的摩擦减少到零，若要进一步减少运行中受到的空气阻力，设想列车在抽成真空的地下隧道中行驶。由于阻力极小，车速可高达1000m／s。当然列车起动与停站均需有一个变速过程。设绝大多数乘客的生理能承受0.1g（m／s[2]）（g为重力加速度）的加速度。
1.分析使列车浮起的力的原因：当列车运行时，超导磁体产生的磁场相对于铝环运动，根据电磁感应原理，铝环内将产生________，超导磁体与______之间的电磁作用，对列车产生一个向上的浮力，当浮力大于列车的______时，列车就凌空浮起，漂浮高度可达10cm。
2.要使列车浮起，首先要驱动列车，这个工作是由直线电动机来完成的。通常的感应电动机三组定子线圈中通以三相电流后产生一个旋转磁场，带动转子线框转动。直线电动机相当于将旋转电动机沿径向剖开展平，初级线圈（定子）铺设在行车路轨下，当通以三相交流电时，会产生一个直线移动的磁场，如图7所示，某时刻三相线圈aa＇、bb＇、cc＇中电流情况已标出，已知它的磁场是向右移动的，请标出机车上超导电磁线圈上感应电流方向及受力方向。
3.假设从东海之滨的上海到西域名城乌鲁木齐之间有这样的一条笔直的地下隧道。估计轨道的长度最接近于下列哪个数值？
A.500km B.1000km C.4000km D.8000km
4.乘座超高速客车沿上述线路完成横跨祖国东西的漫长旅行的最短时间是多少？
5.设列车的质量为5t。由于阻力极小，列车只需在加速阶段做功，而减速过程甚至可以利用特定装置回收列车释放的动能，把节省的能量用于产生真空、实现磁浮，试求上述运行每次可回收的能量。
命题意图 未来的交通要达到高速、安全、无污染，磁悬浮列车是理想的工具，发达国家如日本等已进入实用阶段，我国也即将在宜宾地区建造试行线。围绕磁悬浮列车可取的“劫材”相当多，除本题选取的悬浮的电磁原理、直线电机磁牵引力的电磁原理、直线运动的规律运用、功能关系及地理常识外，诸如超导产生，低温物态、人体对加速度、对磁场的生理承受等涉及低温物理、化学和生物的内容，由于命题者本身知识不到位而不能做成“题眼”，这是本题的缺憾。将
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