STS试题

微波炉的原理是通过用微波(频率常常为2.45 GH z)对于食物照射,食物份子可分为有极份子和无极 份子,在外电场作用下,使原来杂乱无章分布的有 极分子沿外电场方向转向,产生转向极化;无极份 子沿外电场方向产生位移极化。改变外电场方向 时,分子转向极化或位移极化方向随之转变。微波 炉工作时,炉内的食物,在微波(即高频交变电磁场) 的作用下,食物份子每秒来回极化(即摆动)二十四 亿多次,这时份子间的碰撞、摩擦将电磁能量转化 为热量,这样就可以使食物在极短的时间内,内部 和外表温度同时升高,达到快速加热而不破坏食物 中所含的对于人体有益的各类维他命及营养成份, 且色泽鲜艳、味道可口,不会有夹生征象。
电磁炉打破了传统的明火烹调方式采用磁场感应电流 （又称为涡流）的加热原理，电磁炉系利用线圈盘在控 制电路的作用下产生低频（20~25KHZ）之交变磁场， 经过导磁性（铁质）锅具产生大量密集涡流 ，涡流使锅 具铁分子高速无规则运动，分子互相碰撞、摩擦而产生 热能（故：电磁炉煮食的热源来自于锅具底部而不是电 磁炉本身发热传导给锅具，所以热效率要比所有炊具的 效率均高出近1倍）使器具本身自行高速发热，用来加热 和烹饪食物，从而达到煮食的目的。具有升温快、热效 率高、无明火、无烟尘、无有害气体、对周围环境不产 生热辐射、等优点，能完成家庭的绝大多数烹饪任务。 因此，在电磁炉较普及的一些国家里，人们誉之为"烹饪 之神"和"绿色炉具"。
什么是STS
科学（Science）、技术（Technology）、社会（Socie ty）的研究简称为STS研究，它探讨和揭示科学、 技术 和社会三者之间的复杂关系，研究科学、技术对社会产 生的正负效应。其目的是要改变科学和技术分离，科学、 技术和社会脱节的状态，使科学、技术更好地造福于人 类。 STS教育是科学教育改革中兴起的一种新的科学教育构 想， 其宗旨是培养具有科学素质的公民。它要求面向公 众，面向全体；强调理解科学、技术和社会三者的关系； 重视科学、技术在社会生产、人们生活中的应用；重视 科学的价值取向，要求人们在从事任何科学发现、技术 发明创造时，都要考虑社会效果，并能为科技发展带来 的不良后果承担社会责任。
磁控管也称微波发生器， 磁控微波管，是一种电子 管，主要由管芯和磁铁两 大部分组成。是微波炉的 心脏，从外表看，它有微 波发射器 ( 波导管）、散 热器、灯丝的两个插脚和 磁铁等。从里面看。有一 个园筒形的阴极，阴极外 面包围着一个高导电率的 无氧铜制成的阳极。阳极 用来接收阴极发射的电子。
管芯由灯丝、阴极、阳极 和微波能量输出器组成。 (1) 灯丝：作用是用来加 热阴极。 (2) 阴极被加热后其表面 迅速发射足够的电子以维 持磁控管正常工作所需的 电流。 (3) 阳极：阳极接地，阴 极上接负高压，这样在阳 极和阴极之间就形成了一 个径向直流电场。 (4) 微波能量输出器：将 磁控管产生的微波能量耦 合出来，输送到负载上用 来加热食物。
夜晚在照明很弱的室内，以照相机对准近处正视镜头 的人拍摄时，若照相机的闪光灯只快闪一次，则拍 摄到的彩色相片，人像的眼睛常呈红色，而成为 “红眼”。因此有些照相机采用防红眼的设计，先 让闪光灯发出强度较弱但近似连续的闪光，等到最 后拍摄时，再快闪一次，发出较强的闪光。下列有 关红眼的叙述，何者正确？ 波长较长的红光容易被人眼的角膜反射，故会出现红 眼 B．眼睛与其他可以强烈反射闪光的景物，在相片上 都会呈现红色 C．在连续的闪光下，角膜反射的光累积增强，故不 会出现红眼 D．红眼是高强度的闪光通过张大的瞳孔，经布满微血 管的视网膜反射造成的
主要构成 电磁炉主要有两大部分构成：电子线路部 分及结构性包装部分。 ① 电子线路部分包括：功率板、主机板、 灯板（操控显示板）、线圈盘及热敏支架、风 扇马达等。 ② 结构性包装部分包括：瓷板（新型电磁炉S 使用玻璃面板）、塑胶上下盖、风扇叶、风扇 支架、电源线、说明书、功率贴纸、操作胶片、 合格证、塑胶袋、防震泡沫、彩盒、条码、卡 通箱。
微波炉由电源，磁控管，控制电路和烹调腔等部 分组成。电源向磁控管提供大约4000伏高压，磁 控管在电源激励下，连续产生微波，再经过波导 系统，耦合到烹调腔内。在烹调腔的进口处附近， 有一个可旋转的搅拌器，因为搅拌器是风扇状的 金属，旋转起来以后对微波具有各个方向的反射， 所以能够把微波能量均匀地分布在烹调腔内。微 波炉的功率范围一般为500～1000瓦。从而加热 食物。 注意不要空"烧",因为空"烧"时,微波的能量无 法被吸收,这样很容易损坏磁控管。另外,人体 是含有大量水分的,要在磁控管停止工作后,再 打开炉门,提取食物。
在阳极与阴极之间加上—定的 直流电压，阴极发射的电子受 阳极正电位影响而飞向阳极， 另外再有磁铁的作用 , 在空间 上存在方向与电场垂直的磁场， 因而电子在磁场力和电场力作 用下作轮摆运动。因阳极谐振 腔内存在高频电场，因而就会 形成绕阳极旋转的“电子云”； 当旋转速度与高频磁场同步时， 电子将所有的能量交给高频磁 场，从而维持高频振荡。这种 高频能量经微波能量输出器输 出，由波导管传输到微波炉腔 里加热食物。
4 2 A,1.9 KW
微波原本用于军事上的雷达，因为它发射的电 波具有遇到金属时反射回来的特点，这也就是 雷达的基本原理。 微波的基本性质通常呈现为穿透、反射、吸收 三个特性。对于玻璃、塑料和瓷器，微波几乎 是穿越而不被吸收。对于水和食物等就会吸收 微波而使自身发热。而对金属类东西，则会反 射微波。这就是微波炉的工作原理。
（2003新课程物理卷）串列加速器是用来产生高 能离子的装置．图中虚线框内为其主体的原理示 意图，其中加速管的中部b处有很高的正电势 U．a、c两端均有电极接地（电势为零）．现将 速度很低的负一价碳离子从a端输入，当离子到达 b处时，可被设在b处的特殊装置将其电子剥离， 成为n价正离子，而不改变其速度大小．
例2、电磁炉的专用平底锅的锅底和锅壁均由耐高温的 绝缘材料制成，起加热作用的是安装在锅底上的一系 列半径不同的同心导电圆环，导电环的分布如图2所示， 导电圆环所用的材料单位长度电阻为R=0.125Ω/m，从 中心向外第个同心导电圆环的半径rn=(2n-1)r1，（n=1， 2，3，……7），其中r1=1.0cm。当电磁炉开启后，能 产生垂直于锅底方向的变化磁场，若已知该磁场的磁 100 感应强度B随时间的变化率为ΔB/Δt= 100 2 sint 求：（1）半径为r1的导电圆环中感应电流的最大值是 多少？（2）计量不能损失，所有导电圆环释放的总功 率P是多大？（计算π2=10）
1831年10月28日 法拉第的创新：
圆盘发电机，首先 向人类揭开了机械能转 化为电能的序幕。
例1：电磁炉（或电磁灶）是采用电磁感应原理产生涡 流加热的，当变化的磁场通过含铁质锅的底部时， 即 会产生无数之小涡流，使锅体本身自行高速升温，然 后再加热锅内食物。 关于电磁炉，以下说法中正确的 是： A.电磁炉是利用变化的磁场在食物中产生涡流对食物 加热的 B.电磁炉是利用变化的磁场产生涡流，使含铁质锅底 迅速升温，进而对锅内食物加热的 C.电磁炉是利用变化的磁场使食物中的极性水分子振 动和旋转来对食物加热的 D.电磁炉跟电炉一样是让电流通过电阻丝产生热量来 对食物加热的
高考十分重视对能力的考查，命题要求“要以能力测试为 主导，考查考生对所学课程基础知识、基本技能的掌握程 度和综合运用所学知识分析、解决问题的能力。要重视理 论联系实际，关注科学技术、社会经济和生态环境的协调 发展；要重视对考生科学素养的考查”。尤其是提出的对 考生科学素养的考查，一定要引起足够的重视。事实上在 近几年的高考物理试题中出现了不少的有关这方面的考题 (“科学一技术一社会”即STS问题)，例如:一对杂技演员 (都视为质点)荡秋千、导轨式电磁炮实验装置、钳形电流 表；传送带问题、磁流体推进船、风力发电，拖把的计算、 磁流体发电机、跳绳时功率的计算、自行车发电机、超声 波测速等等。预测来年高考物理有关STS问题的试题比重 会有所增加。
1 电磁炉原理及有关试题 2 微波炉的原理及有关试题
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STS高考试题展示ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
4 电磁感应部分STS图片展示
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STS试题特点归纳
电磁炉又名电磁灶， 是现代厨房革命的产 物，它无需明火或传 导式加热而让热直接 在锅底产生，因此热 效率得到了极大的提 高。是一种高效节能 橱具，完全区别于传 统所有的有火或无火 传导加热厨具。
例3、家用微波炉是一 种利用微波的电磁能加 热食物的新灶具，主要 由磁控管、波导管、微 波加热器、炉门、直流 电源、冷却系统、控制 系统、外壳等组成，如 图为磁控管的示意图， 一群电子在垂直于管的 某截面内做匀速圆周运 动，在管内有平行于管 轴线方向的匀强磁场，
磁感应强度为B，在运动中这群电子 时而接近电极1，时而接近电极2， 从而使电极附近的电场强度发生周 期性变化，由于这一群电子散布的 范围很小，可以看作集中在一点， 共有N个电子，每个电子的电量为e， 质量为m，设这群电子圆形轨道的 直径为D，电子群离电极1端点P的 最短距离为r． （1）这群电子做圆周运动的速率、频率各是多少? （2）在电极1的端点P处，电场强度变化的频率是多 少? （3）在电极1的端点P处，运动的电子群产生的电场 强度最大值、最小值各是多少?
有一种磁性加热装置，其关键部分由焊接在两个等大 的金属圆环上的根间距相等的平行金属条组成，形成 “鼠笼”状，如图所示。每根金属条的长度为,电阻为， 金属环的直径为，电阻不计。图中虚线所示的空间范 围内存在着磁感强度为的匀强磁场，磁场的宽度恰好 等于“鼠笼”金属条的间距，当金属环以角速度绕过 两圆环的圆心的轴旋转时，始终有一根金属条在垂直 切割磁感线。“鼠笼”的转动由一台电动机带动，这 套设备的效率为，求电动机输出的机械功率。
曾经流行过一种向自行车车头灯供电的小型 交流发电机，图1为其结构示意图．图中N、 S是一对固定的磁极，abcd为固定在转轴上 的矩形线框，转轴过bc边中点、与ab边平 行，它的一端有一半径r0＝1.0cm的摩擦小 轮，
如图所示是家用电冰箱的压缩启动装置的电 路，启动时必须依靠启动绕组的帮助才能产 生旋转磁场。在启动绕组的分路中串联有一 个PTC元件， A．电冰箱电动机启动时比正常工作时耗电少 B．电冰箱电动机正常工作时比启动时耗电少 C．电冰箱启动后，启动绕组功率不变，运行 绕组功率是变化的 D．电冰箱启动后，启动绕组功率是变化的， 运行绕组功率不变 [答案]BD
在电视节目中，我们常能看到一种精彩的水 上运动──滑水板运动，如图所示 理论研究表明：水对滑 板的作用力大小N=ρS v2sin2θ，式中的v为 快艇的牵引速度。 若人的质量为m，求快 艇的水平牵引速度v。 在上述条件下，快艇对 运动员的牵引功率为 多大
如图所示，上图是在高速公路上用超声波测速仪 测量车速的示意图，测速仪发出并接收超声波信 号，根据发出和接收到的信号间的时间差，测出 被测物体的速度。下图中p1、、p2是测速仪发 出的超声波信号，n1、n2是p1、p2由汽车反射 回来的信号。
绕有线圈 的铝框
用手晃动微安表的表壳，发现指针来回振动 后，会因超出刻度所标的偏转范围而卡住，而在车 辆长途运输微安表时，都要用导线把微安表两个接 线柱连在一起，这又是为什么？
有一次，斯本森走过一个微波发射器时，身体 有热感，不久他发现装在口袋内的糖果被微波 溶化。还有一次，他把一袋玉米粒放在波导喇 叭口前，然后观察玉米粒的变化。他发现玉米 粒与放在火堆前一样。这就坚定了他的“微波 能使物体发热”的论点。雷声公司受斯本森的 启发，决定与他一同研制能用微波热量烹饪的 炉子。几个星期后，一台简易的炉子制成了。1 947年，雷声公司推出了第一台家用微波炉。当 初这种微波炉有体积、制作成本高等缺点从而 影响了微波炉的推广应用。1965年，乔治· 福斯 特与斯本森一起对微波炉进行改造，设计出耐 用和价格低廉的微波炉。从此，微波炉逐渐走 入了千家万户。