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 22222

2R m R GMm ω= 对平衡物 2112

11R 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22

322131T 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 204r

P 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V

1＝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)＝0－21

mV 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