高三物理新情景信息题的解答

高三物理新情景信息题的解答

这类题多以当今社会热点和最新科技动态为立意背景，在题干中给出解题所需新知识、新情境、新方法等新信息。它要求独立完成现场学习、接受新信息、将信息进行有效提炼、联想、类比等处理，并与原有知识衔接，进而迁移，解决问题。

1．“神舟”五号飞船完成了预定空间科学和技术试验任务后，返回舱开始从太空向地

球表面按预定轨道返回。在返回时先要进行姿态调整，飞船的返回舱与留轨舱分离，返回舱以近8km/s的速度进入大气层，当返回舱距地面30km时，返回舱上的回收发动机启动。相继完成拉出天线、抛掉底盖等动作。在飞船返回舱距地面20km以下的高度后，速度减为200m/s而匀速下降，此段过程中返回舱所受空气阻力为f=ρv²S/2，式中ρ为大气的密度，v是返回舱的运动速度，S为与形状特征有关的阻力面积，当返回舱距地面高度为l0km时，打开面积为1200m²的降落伞，直到速度达到8.0m/s后匀速下落。为实现软着陆(即着陆时返。回舱的速度为0)，当返回舱离地面1.2m时反冲发动机点火，使返回舱落地的速度减为零，返回舱此时的质量为2.7×10³kg，忽略此时的空气阻力，取g=l0m/s².　

　　(1)用字母表示出返回舱在速度为200m／s时的质量。

　　(2)定性分析把降落伞全部打开后到反冲发动机点火前，返回舱的加速度和速度的变化情况。

　　(3)求反冲发动机的平均反推力的大小及反冲发动机对返回舱做的功。（湛江一模）

2．太阳帆飞船是利用太阳光的压力进行太空飞行的航天器．由于太阳光具有连续不断、方向固定等特点，借助太阳帆为动力的航天器无须携带任何燃料，在太阳光光子的撞击下，航天器的飞行速度会不断增加，并最终飞抵距地球非常遥远的天体．现有一艘质量为663kg的太阳帆飞船在太空中运行，其帆面与太阳光垂直．设帆能100％地反射太阳光，帆的面积为66300m²、且单位面积上每秒接受太阳辐射能量为E₀＝1.35×10⁴W/m。，已知太阳辐射能量的绝大多数集中在波长为2×10^－7m～1×10^－5m波段，计算时可取其平均波长为10^－6m，且不计太阳光反射时频率的变化．普朗克常量h＝6.63×10^－34J·s．

求：(1)每秒钟射到帆面的光子数为多少?

(2)由于光子作用，飞船得到的加速度为多少? （杭州模拟）

参考解答：

(1)每秒光照射到帆面上的能量　　①

　　光子的平均能量　　②

　　且　　⑧

　　每秒射到帆面上的光子数　　④

　　联列①②③④，得　　⑤

　　代人数据得个　　⑥

(2)每个光子的动量　⑦

　　光射到帆面被反弹，由动量定理　　⑧

对飞船，由牛顿第二定律F＝ma　　⑨

　　由⑥⑦⑧⑨得　　⑩

解题思路：文字　　　　　提炼信息 　　　建立模型　　　　　运用规律

3．已知物体从地球上的逃逸速度（第二宇宙速度）v=其中G、M、R 分别是万有引力恒量、地球的质量和半径。已知G=6.67×10^-11N.m²/Kg²、光速c=2.9979×10⁸m/s ,求下列问题：（1）逃逸速度大于真空中光速的天体叫黑洞，设某黑洞的质量等于太阳的质量M=1.98×10³⁰Kg ,求它的可能最大半径。

（2）在目前天文观察范围内物质的平均密度为10^-27Kg/m³,如果认为我们的宇宙是这样的一个均匀大球体，其密度使得它的逃逸速度大于光在真空中的速度C，因此任何物体都不能脱离宇宙。问宇宙的半径至少多大？

解答要点：类比地球的逃逸速度v=，推广到太阳和宇宙问题中去，研究对象为黑洞。(1)，即R<2.93Km, (2), ,

得R>4.23×10¹⁰光年

小结：

立意高，而落点低，树立解题的信心。

解题思路：文字　　　　提炼信息　　　 　建立模型　　　 运用规律

新信息、新知识、新方法并与原有物理知识衔接解决新问题。

从题目设问出发，迅速提炼信息。

练习：1．2003年10月15日上午9时正，我国在甘肃酒泉卫星发射中心成功发射“神舟五号”载人飞船，这是我国首次实现载人航天飞行，也是全世界第三个具有发射载人航天器能力的国家。“神舟五号”飞船长8086m，质量为7990kg。飞船在达到预定的椭圆轨道后运行的轨道倾角为42.4⁰，近地点高度200km，远地点高度350km。实行变轨后，进入离地约350km的圆轨道上运行，飞船运行14圈后于16日凌晨在内蒙古自治区成功着陆。（地球半径取R₀=6.4×10³km，地球表面重力加速度g=10m/s²）（计算结果保留三位有效数字。已知60.7平方根等于7.79）求：

　　　 （1）飞船变轨后在圆轨道上正常运行时的速度。

　　　 （2）飞船变轨后在圆轨道上正常运行的周期是多少分钟？（肇庆一模）

解：（1）飞船在圆轨道上运行时，由万有引力和向心力公式可得：　　　 GMm/R²=mv²/R

　　　　　 当飞船在地球表面飞行时，有：　　GMm/R₀²=mg

　　　　　　　　　由12两式可得：v=7.79×10³m/s

　　　 （2）由公式　T=2πR/v　　　 可得：　　T=90.7min

2．根据量子理论，光子具有动量。光子的动量等于光子的能量除以光速，即P=E/c。光照射到物体表面并被反射时，会对物体产生压强，这就是“光压”。光压是光的粒子性的典型表现。光压的产生机理如同气体压强：由大量气体分子与器壁的频繁碰撞产生了持续均匀的压力，器壁在单位面积上受到的压力就是气体的压强。

　　　 （1）激光器发出的一束激光的功率为P，光束的横截面积为S。当该激光束垂直照射在物体表面时，试计算单位时间内到达物体表面的光子的总动量。

　　　 （2）若该激光束被物体表面完全反射，试求出其在物体表面引起的光压表达式。

　　　 （3）设想利用太阳的光压将物体送到太阳系以外的空间去，当然这只须当太阳对物体的光压超过了太阳对物体的引力才行。现如果用一种密度为1.0×10³kg/m³的物体做成的平板，它的刚性足够大，则当这种平板厚度较小时，它将能被太阳的光压送出太阳系。试估算这种平板的厚度应小于多少（计算结果保留二位有效数字）？设平板处于地球绕太阳运动的公转轨道上，且平板表面所受的光压处于最大值，不考虑太阳系内各行星对平板的影响。已知地球公转轨道上的太阳常量为1.4×10³J/m²·s（即在单位时间内垂直辐射在单位面积上的太阳光能量），地球绕太阳公转的加速度为5.9×10^－3m/s²）（肇庆一模）

解：（1）设单位时间内激光器发出的光子数为n，每个光子的能量为E，动量为p，则激光器的功率为　　　P=nE

所以，单位时间内到达物体表面的光子总动量为：　　　 p_总=np=nE/c=P/c

（2）激光束被物体表面完全反射时，其单位时间内的动量改变量为：　　 Δp=2p_总=2P/c

根据动量定理，激光束对物体表面的作用力为：　　F=2P/c

因此，激光束在物体表面引起的光压为：　　　 p_压=2P/cs

（3）设平板的质量为m，密度为ρ，厚度为d，面积为s，已知太阳常量为J；地球绕太阳公转的加速度为a。利用太阳的光压将平板送到太阳系以外的空间去，必须满足条件：太阳对平板的压力大于太阳对其的引力。结合（2）的结论，有：　　　 2Js/c>ma

而平板的质量　　　 m= ρds

所以：　　　 d<2J/cρa

解以上各式可得：　　　 d<1.6×10^－6(m)

因此，平板的厚度应小于　　1.6×10^－6(m)

3．某些城市交通部门规定汽车在市区某些街道行驶不得超过v_m＝30km/h。一辆汽车在该水平路段紧急刹车时车轮抱死，沿直线滑行一段距离后停止，交警测得车轮在地面上滑行的轨迹长为s_m＝10m。从手册中查出该车轮与地面间的动摩擦因数为μ＝0.72，取g＝10m/s²。

（1）请你判断汽车是否违反规定超速行驶；

（2）目前，有一种先进的汽车制动装置，可保证车轮在制动时不被抱死，使车轮仍有一定的滚动，安装了这种防抱死装置的汽车，在紧急刹车时可获得比车轮抱死更大的制动力，从而使刹车距离大大减小。假设汽车安装防抱死装置后刹车制动力恒为F，驾驶员的反应时间为t。汽车的质量为m，汽车行驶的速度为v，试推出刹车距离s的表达式。（揭阳模拟）

　　解：（1）汽车刹车且车轮抱死后，汽车受滑动摩擦力作用匀减速运动

滑动摩擦力f＝μmg

汽车的加速度a＝＝－μg

由　v_t＝0

则＞30km/h

∴这辆车是超速的

（2）刹车距离由两部分组成，一是司机在反应时间内汽车行驶的距离s₁，二是刹车后匀减速行驶的距离s₂

∵s＝s₁＋s₂＝vt＋　　 加速度大小　a＝

∴S＝vt＋

4．有一空间探测器对一球状行星进行探测，发现该行星上无生命存在，在其表面上，却覆盖着一层厚厚的冻结的二氧化碳（干冰）。有人建议利用化学方法把二氧化碳分解为碳和氧气而在行星上面产生大气，由于行星对大气的引力作用，行星的表面就存在一定的大气压强。如果一秒钟可分解得到10⁶kg氧气，要使行星表面附近得到的压强至少为p＝2×10⁴Pa，那么请你估算一下，至少需要多少年的时间才能完成？已知行星表面的温度较低，在此情况下，二氧化碳的蒸发可不计，探测器靠近行星表面运行和周期为2h，行星的半径r＝1750km，大气层的厚度与行星的半径相比很小，结果保留两位有效数字。（揭阳模拟）

解：可近似认为大气压是由大气重量产生的，设大气的质量为m₀

则p＝

设探测器的质量为m，行星质量为M，由万有引力定律及牛顿第二定律得：

G　　即g＝

G　　即GM＝

解上述三式得：　m₀＝

依题意，1秒钟可得到10⁶kg氧气，故分解出5.8×10¹⁷kg氧气所需的时间为：

t＝s＝1.8×10⁴年