新颖的物理创新题

信息1 2009年是国际天文年，世界各国将开展以“探索我们的宇宙”为主题的天文活动。

美国国家宇宙委员会（USNCC ）近期向奥巴马总统递交了一份题为《2010—2060年开拓宇宙新边疆》的报告，其中涉及了开发通往宇宙的太空梯、开通宇宙公路、建立月球宾馆、建立火星据点、建成宇宙巡回航母等内容，写下了人类面向未来50年开拓宇宙的宏伟理想。

典例1 （原创题）目前，有科学家正在进行建造太空梯的研究，以帮助人们更好地进行太空探索。

从理论上讲，太空梯并不神奇，在地球赤道的海面上建造一个平台，用飞船放下一条长达10万KM 的高强度细绳索（设重力可以忽略），绳索一端系在平台上，在太空中的另一端系在一个平衡锤上，整个系统随着地球同步旋转。

由于旋转的原因，绳索被拉紧，太空梯就从地球到太空之间竖立起来。

然后，用一个由激光提供能量的的爬升器在缆绳上上下移动，运送飞船、建筑材料甚至乘客（已知地球同步卫星距地面的高度大约为3.6万KM ）,以下关于太空梯的说法正确的是：A ．太空梯和同步卫星具有相同的周期。

B ．如果从太空中的平衡锤上脱落一个部件，部件将会继续沿原来的轨道做圆周运动。

C ．太空梯的向心加速度大于同步卫星的向心加速度。

D ．平衡锤内物体处于完全失重状态。

解析 由于太空梯和地球同步转动，所以其周期和地球同步卫星的周期相同。

A 正确。

设地球自转的角速度为ω，平衡物的轨道半径为1R ，地球同步卫星的轨道半径为2R ， 对同步卫星 222222R m R GMm ω= 对平衡物 211211R m F R GMm ω=+ 式中F 为绳对平衡锤的拉力，如果没有拉力，平衡锤会做离心运动。

同理，如果从太空中的平衡锤上脱落一个部件，部件所受万有引力小于其所需向心力，部件也会做离心运动。

故B 错误。

因为21R a ω=梯，22R a ω=星，由于21R R >，所以星梯a a >，故C 正确。

地球对平衡锤内物体的万有引力不足以提供向心力，物体有做离心运动的趋势，不是处于完全失重状态，故D 错误。

答案 A C信息2 随着“嫦娥一号”卫星今年3月1日悲壮地撞向月球，完成了它的探月使命。

预计“嫦娥二号”卫星在2010年发射，它的绕月飞行轨道降低到100公里。

在完成绕月探测后，“嫦娥二号”将采取“软着陆”的方式降落月球，来验证轨道控制等相关技术。

“嫦娥三号”可能在 2016年到2017发射，“嫦娥三号”在月球着陆后，将用月球车对月球展开探索。

原计划2009年10月发射的我国第一个火星探测器"萤火一号"未能如期发射。

火星探测是我国继载人航天工程、探月工程之后又一重大航天科学计划，将带动我国深空探测技术的发展。

典例2 （原创题）已知地球和火星都在同一平面上绕太阳做圆周运动，火星的轨道半径是地球轨道半径的1.5倍，设我国在2009年12月发射的 “遥感卫星七号”绕地运行的半径为R 1，周期为T 1；将于2011年发射的第一个火星探测器“萤火一号”绕火星运行的半径为R 2，周期为T 2，二者均采用硅光电池供电，（硅光电池是利用光电效应原理制成的器件）。

则下列表述正确的是（ ）。

A ．硅光电池是把光能转变为电能的一种装置B ．任意频率的光照射到硅光电池上都能产生光电效应C ．由开普勒第三定律可知，一定有22322131T R T R = 。

D ．同样的太阳能电池，分别用在“萤火一号”和“遥感卫星七号”时得到的太阳光的功率大约是1:2。

解析：硅光电池是把光能转变为电能的一种装置，A 正确；硅光电池是利用光电效应原理制成的器件，依据光电效应方程可见只有当入射光子的频率大于极限频率时才可发生光电效应，B 错误。

因为“萤火一号”和“遥感卫星七号”绕不同的天体运动，故等式不一定成立，C 错误。

设太阳光的总功率为P ，则在距太阳为r 处正对太阳的单位面积上得到的阳光的功率 204rP P π=，由于r 火=1.5r 地，代入公式可得火地002P P ≈，故D 正确。

答案 AD信息3 2009年10月6日，华裔科学家高锟因发明“光导纤维”而获得诺贝尔物理学奖。

评奖委员会这样描述道：“光流动在细小如线的玻璃丝中，它携带着各种信息数据传递向每一个方向，文本、音乐、图片和视频因此能在瞬间传遍全球。

”高锟的研究为人类进入光导新纪元打开了大门。

典例3 （原创题）今天，光纤构成了支撑我们信息社会的环路系统。

在2009年举行的第十一届全运会上，光纤通信网连接起了各个运动场馆，为各项比赛提供了安全、可靠的通信服务。

若光纤通信所采用的光导纤维是由内芯和包层两种介质组成，下列说法正确的是（ ）A ．如果用复色光传递信号，不同颜色的光在光纤中的速度不同。

B ．光导纤维传递光信号是利用光的色散原理C ．光由空气进入光导纤维，波长变短，频率升高D ．内芯和包层的折射率不同，包层折射率较小0k E h W h h ννν=-=-解析 光在光导纤维发生全反射，不同颜色光的折射率不同，由n c v /=可知，在同一介质中不同颜色光的传播速度不同，故A 正确，B 错误。

光由空气进入光导纤维，频率不变，故C 错误。

光在光纤中发生全反射，由全反射条件可知，光纤内芯和包层的折射率应不同，包层折射率较小，故D 正确。

答案 AD信息4 2009年10月28日，第十一届全国运动会在济南闭幕。

为将健康向上的大众体育精神传达给公众,推广健康生活的理念，国务院批准自2009年起,每年的8月8日为“全民健身日”。

体育运动与高中物理中的直线运动、竖直上抛运动、平抛运动、力的平衡、牛顿运动定律、圆周运动、能量等知识点有密切的联系。

典例4.（09年重庆卷23）2009年中国女子冰壶队首次获得了世界锦标赛冠军，这引起了人们对冰壶运动的关注。

冰壶在水平冰面上的一次滑行可简化为如下过程：如图1所示，运动员将静止于O 点的冰壶（视为质点）沿直线推到A 点放手，此后冰壶沿滑行，最后停于C 点。

已知冰面与各冰壶间的动摩擦因数为μ，冰壶质量为m ，AC ＝L ，＝r,重力加速度为g ，（1）求冰壶在A 点的速率；（2）求冰壶从O 点到A 点的运动过程中受到的冲量大小；（3）若将段冰面与冰壶间的动摩擦因数减小为μ8.0，原只能滑到C 点的冰壶能停于点，求A 点与B 点之间的距离。

解析 （1）对冰壶，从A 点放手到停止于C 点，设在A 点时的速度为V 1，应用动能定理有－μmgL ＝0-21mV 12，解得V1＝gL 2μ；（2）对冰壶，从O 到A ，设冰壶受到的冲量为I ，应用动量定理有I ＝mV 1－0，解得I ＝m gL 2μ；（3）设AB 之间距离为S ，对冰壶，从A 到O ′的过程，应用动能定理，－μmgS －0.8μmg(L ＋r －S)＝0－21mV 12， 解得S ＝L －4r 。

信息5 2009医改新方案的出炉，拉开了中国医改的序幕，医疗制度的改革与医学技术的进步，必将更好地造福于人民。

现代医学技术与物理学有着密切的关系，物理学上的重大发现都对医学产生了极为深刻的影响, 没有物理学就没有现代医学，物理学的辉煌造就了现代医学。

典例5 （09宁夏卷16） 医生做某些特殊手术时，利用电磁血流计来监测通过动脉的血流速度。

电磁血流计由一对电极a 和b 以及磁极N 和S 构成，磁极间的磁场是均匀的。

OO'AO'CO'BO'O'图1使用时，两电极a 、b 均与血管壁接触，两触点的连线、磁场方向和血流速度方向两两垂直，如图2所示。

由于血液中的正负离子随血流一起在磁场中运动，电极a 、b 之间会有微小电势差。

在达到平衡时，血管内部的电场可看作是匀强电场，血液中的离子所受的电场力和磁场力的合力为零。

在某次监测中，两触点的距离为3.0mm ，血管壁的厚度可忽略，两触点间的电势差为160µV，磁感应强度的大小为0.040T 。

则血流速度的近似值和电极a 、b 的正负为（ ）A. 1.3m/s ，a 正、b 负B. 2.7m/s ， a 正、b 负C ．1.3m/s ，a 负、b 正 D. 2.7m/s ， a 负、b 正解析 依据左手定则，正离子在磁场中受到洛伦兹力作用向上偏，负离子在磁场中受到洛伦兹力作用向下偏，因此电极a 、b 的正负为a 正、b 负；当稳定时，血液中的离子所受的电场力和磁场力的合力为零，则qE=qvB ，可得s m s m v B E /3.1/3610304.010160≈==--⨯⨯⨯，A 正确。

答案 A信息6 至2009年12月份，中国成为继美国和日本之后第三个汽车产销量超过千万辆的国家。

随着机动车数量的剧增，交通安全也成为当今社会的一个热点问题。

遵守交通法规，维护交通安全，是全社会的共同责任。

典例6 （09年江苏物理7）如图3所示，以8m/s 匀速行驶的汽车即将通过路口，绿灯还有2 s 将熄灭，此时汽车距离停车线18m 。

该车加速时最大加速度大小为2m/s 2，减速时最大加速度大小为5m/s 2。

此路段允许行驶的最大速度为12.5m/s ，下列说法中正确的有A ．如果立即做匀加速运动，在绿灯熄灭前汽车可能通过停车线B ．如果立即做匀加速运动，在绿灯熄灭前通过停车线汽车一定超速C ．如果立即做匀减速运动，在绿灯熄灭前汽车一定不能通过停车线D ．如果距停车线5m 处减速，汽车能停在停车线处答案：AC解析 熟练应用匀变速直线运动的公式并注意与实际情况相联系，是解决本题的关键。

如果汽车立即做匀加速直线运动，t 1=2s 内的位移2112110t a t v x +==20m>18m ，此时汽车的速度为1101t a v v +==12m/s<12.5m/s ，汽车没有超速，A 项正确；如果立即做匀减速运动，速度减为零需要时间==202a v t 1.6s ，此过程通过的位移为222212t a x ==6.4m ，C 项正确、D 项错误。

图3 图3答案 AC信息7 传感器是通过对某一物理量敏感的元件(如光敏电阻、热敏电阻等)将要受到的信号(即非电学物理量如速度、位移、压力、温度、湿度、流量、声强、光照度等)转换成易于测量、传输、处理的电学量(如电压、电流、电阻、电容等)的一种组件, 对传感器有多种不同的分类方法，根据测量的不同，可把传感器分成物理型、化学型和生物型三类。

典例7 （原创题）陶瓷气敏传感器可以用于分析气体中酒精蒸汽的含量，常用于检查酒后驾驶的场合。

如果司机饮酒，血液中的酒精成分会扩散到呼出的气体中，用呼出的气体喷吹传感器，传感器的电阻将随着酒精蒸汽浓度发生相应的变化，从而可以检测血液中的酒精含量。

某种陶瓷气敏传感器的电导（即电阻的倒数）与气体中酒精蒸汽浓度C 的关系如图4甲所示， 现用其组成如图4乙所示的的检测电路（电池内阻为r ），对此，以下说法正确的是（ ）A ．此陶瓷气敏传感器的电阻与气体中酒精蒸汽的浓度成正比B ．气体中酒精蒸汽的浓度越大，则电流表指针偏转的角度越大C ．气体中酒精蒸汽的浓度越大，则电池的路端电压越小，电阻R 0两端的电压也越小D ．如果电池用的时间长了，电动势降低，内阻变大，则会导致测得的酒精浓度偏低 解析 由甲图可知此传感器的电阻kc R 1=，R 与气体中酒精蒸汽的浓度成反比，浓度越大则电阻越小，故A 错误，B 正确。