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处理信息的能力是高考能力考查的重要方面之一,这是一种综合素质和能力的考核。预计以后的几年中,信息题仍会是热点和亮点。
就信息给出的形式主要有:文字信息和图表信息。文字信息又分为知识信息和情境信息两种;图表信息也分为图片(照片)信息和函数图表信息。文字信息往往被一大堆文字所掩盖,各种有用信息间的关系也不是一眼能看穿的;图表信息则更为隐蔽。因此,获取并处理信息的能力,更要引起重视、提高。
一、文字信息题
例1“和平号”空间站已于2001年3月23日成功地坠蒋在南太平洋海域,坠落过程可简化为从一个近圆轨道(可近似看作圆轨道)开始,经过与大气摩擦,空间站的大部分经过升温、熔化、最后汽化而销毁,剩下的残片坠人大海,此过程中,空间站原来的机械能中除一部分用于销毁和一部分被残片带走外,还有一部分能量E’通过其他方式散失(不考虑坠落过程中化学反应的能量)。
(1)试导出下列各物理量的符号表示散失能量E,的公式。
(2)算出E’的数值(结果保留两位有效数字)。
坠落开始时空间站的质量M=1.17xlO2kg;
轨道离地面的高度为h=146km;
地球半径为R=6.46106m;
坠落空间范围内重力加速度可看作g=lOm/s2;
人海残片的质量为m=1.2x104kg;
人海残片的温度升高△T=3000K;
人海残片的人海速度为声速v=340m/s;
空间站材料每lkg升高1K平均所需能量c=1.OxlO7J。
解析:(1)根据题目所给信息的条件,从近圆轨道到地面的空间中重力加速度g=10m/s2,若以地面为重力势能零点,坠落过程开始时空间站在近圆轨道的势能为
Ep=Msh
(1)
以v表示空间站在近圆轨道上的速度,由引力提供向心力,根据牛顿定律得
Mg=Mv2(R h)
(2)
由(2)式可得空间站在近圆轨道的动能为
Ek=Mg(R h)/2 (3)
由(1)和(3)式得,在近圆轨道上空间站的机械能
E=Mg(R/2 3h/2)
(4)
在坠落过程中,用于一部分销毁所需的能量为
Q汽:(M-m)u
(5)
用于残片升温所需的能量Q残=cm△T
(6)
残片人海时的动能为E残=l/2mv2 (7)
以E,表示以其他方式散失的能量,则由能量守恒得E=Q汽 E残 Q残十E’(8)
将(4)(5)(6)(7)式代人(8)式整理得
E’=Mg(R/2 3h 2)—(M-m)u-mv2/2-cmAT.
(9)
(2)将题目所给的数据代人(9)式解得E’=2.9x10~诅
答案:(1)E,二N8(1/2R 3/2h)—(M-m)u-1/2mv2-cm△T
(2)E’=2.9x102
点评:本题通过分析属于能的转化和守恒问题,由近圆轨道计算出空间站的初始机械能,再由题目的信息材料计算出残片的末态机械能和销毁部分所需的能量及因残片升温所需的能量,就可以计算出散失的能量。本题的难点是机械能转化成了哪几种能量形式,再充分利用材料处理这些能量。
二、图表信息题
例2(2005年上诲一模)举重运动是力量和技巧充分结合的体育项目。就“抓举”而言,其技术动作可分为预备、杠铃、发力、下蹲支撑、起立、放下杠铃等六个步骤,如图所示照片表示了其中的几个状态。现测得轮子在照片中的直径为1.Ocm。已知运动员所举杠钤的直径是45cm,质量为150kg,运动员从发力到支撑历时0.8s。
(1)估测该过程中杠铃被举的高度;
(2)估算这个过程中杠铃向上运动的最大速度;
(3)若将运动员发力时的作用力简化成恒力,则该恒力有多大?
解析:题目给出的文字信息为考生提供了一个物理情境,即举重的实际情景。要顺利解题,就要把实际过程理想化为典型的物理模型。建模必需的隐含条件又以图片(照片)信息的形式给出。抓举中,举起杠铃是分两个阶段完成的,从发力到支撑是第一阶段,举起一部分高度。该过程中,先对杠铃施加一个力(发力),使杠铃作加速运动,当杠铃有一定速度后,人下蹲、翻腕,实现支撑,在人下蹲、翻腕时,可以认为运动员对杠铃没有提升的作用力,这段时间杠铃是凭借这已经获得的速度在减速上升,最好的动作配合是,杠铃减速上升,人下蹲,当杠铃的速度减为零时,人的相关部位恰好到达杠铃的下方完成支撑的动作。因此从发力到支撑的0.8s内,杠铃先作加速运动(当作匀加速),然后作减速运动到速度为零(视为匀减速),这就是杠铃运动的物理模型。
(1)根据轮子的实际直径0.45m和它在照片中的直径1.0em,可以推算出照片缩小的比例,在照片上用尺量出从发力到支撑,杠铃上升的距离h’=1.3cm,按此比例可算得实际上升的高度为h=O.59m。
(2)设杠铃在该过程中的最大速度为vm,
有h=vm/2,得vm=2h/t=1.48m/s
减速运动的时间应为t2=vm/g=0.15s
加速运动的位移s1=Vm(t-t2)/2=0.48m
又vm22as1
解得 a=2.28n/s2
根据牛顿第二定律,有F-mg=ma
解得 F=1842N
点评:本题考查考生获取信息、构建物理模型、分析理解等多方面的能力。而获取信息、构建物理模型是解题的关键。
三、方法提炼
1.处理高考信息题的一般思路和步骤:
(1)领会问题的情景,在问题给出的信息中,提取有用信息,构建出正确的物理模型;(2)合理选择研究对象;(3)分析研究对象的受力情况和运动情况;(4)运用物理学的规律列式求解。
2.处理高考信息题的方法
提取物理信息→构建物理模型→捕捉问题关键和求解途径
就信息给出的形式主要有:文字信息和图表信息。文字信息又分为知识信息和情境信息两种;图表信息也分为图片(照片)信息和函数图表信息。文字信息往往被一大堆文字所掩盖,各种有用信息间的关系也不是一眼能看穿的;图表信息则更为隐蔽。因此,获取并处理信息的能力,更要引起重视、提高。
一、文字信息题
例1“和平号”空间站已于2001年3月23日成功地坠蒋在南太平洋海域,坠落过程可简化为从一个近圆轨道(可近似看作圆轨道)开始,经过与大气摩擦,空间站的大部分经过升温、熔化、最后汽化而销毁,剩下的残片坠人大海,此过程中,空间站原来的机械能中除一部分用于销毁和一部分被残片带走外,还有一部分能量E’通过其他方式散失(不考虑坠落过程中化学反应的能量)。
(1)试导出下列各物理量的符号表示散失能量E,的公式。
(2)算出E’的数值(结果保留两位有效数字)。
坠落开始时空间站的质量M=1.17xlO2kg;
轨道离地面的高度为h=146km;
地球半径为R=6.46106m;
坠落空间范围内重力加速度可看作g=lOm/s2;
人海残片的质量为m=1.2x104kg;
人海残片的温度升高△T=3000K;
人海残片的人海速度为声速v=340m/s;
空间站材料每lkg升高1K平均所需能量c=1.OxlO7J。
解析:(1)根据题目所给信息的条件,从近圆轨道到地面的空间中重力加速度g=10m/s2,若以地面为重力势能零点,坠落过程开始时空间站在近圆轨道的势能为
Ep=Msh
(1)
以v表示空间站在近圆轨道上的速度,由引力提供向心力,根据牛顿定律得
Mg=Mv2(R h)
(2)
由(2)式可得空间站在近圆轨道的动能为
Ek=Mg(R h)/2 (3)
由(1)和(3)式得,在近圆轨道上空间站的机械能
E=Mg(R/2 3h/2)
(4)
在坠落过程中,用于一部分销毁所需的能量为
Q汽:(M-m)u
(5)
用于残片升温所需的能量Q残=cm△T
(6)
残片人海时的动能为E残=l/2mv2 (7)
以E,表示以其他方式散失的能量,则由能量守恒得E=Q汽 E残 Q残十E’(8)
将(4)(5)(6)(7)式代人(8)式整理得
E’=Mg(R/2 3h 2)—(M-m)u-mv2/2-cmAT.
(9)
(2)将题目所给的数据代人(9)式解得E’=2.9x10~诅
答案:(1)E,二N8(1/2R 3/2h)—(M-m)u-1/2mv2-cm△T
(2)E’=2.9x102
点评:本题通过分析属于能的转化和守恒问题,由近圆轨道计算出空间站的初始机械能,再由题目的信息材料计算出残片的末态机械能和销毁部分所需的能量及因残片升温所需的能量,就可以计算出散失的能量。本题的难点是机械能转化成了哪几种能量形式,再充分利用材料处理这些能量。
二、图表信息题
例2(2005年上诲一模)举重运动是力量和技巧充分结合的体育项目。就“抓举”而言,其技术动作可分为预备、杠铃、发力、下蹲支撑、起立、放下杠铃等六个步骤,如图所示照片表示了其中的几个状态。现测得轮子在照片中的直径为1.Ocm。已知运动员所举杠钤的直径是45cm,质量为150kg,运动员从发力到支撑历时0.8s。
(1)估测该过程中杠铃被举的高度;
(2)估算这个过程中杠铃向上运动的最大速度;
(3)若将运动员发力时的作用力简化成恒力,则该恒力有多大?
解析:题目给出的文字信息为考生提供了一个物理情境,即举重的实际情景。要顺利解题,就要把实际过程理想化为典型的物理模型。建模必需的隐含条件又以图片(照片)信息的形式给出。抓举中,举起杠铃是分两个阶段完成的,从发力到支撑是第一阶段,举起一部分高度。该过程中,先对杠铃施加一个力(发力),使杠铃作加速运动,当杠铃有一定速度后,人下蹲、翻腕,实现支撑,在人下蹲、翻腕时,可以认为运动员对杠铃没有提升的作用力,这段时间杠铃是凭借这已经获得的速度在减速上升,最好的动作配合是,杠铃减速上升,人下蹲,当杠铃的速度减为零时,人的相关部位恰好到达杠铃的下方完成支撑的动作。因此从发力到支撑的0.8s内,杠铃先作加速运动(当作匀加速),然后作减速运动到速度为零(视为匀减速),这就是杠铃运动的物理模型。
(1)根据轮子的实际直径0.45m和它在照片中的直径1.0em,可以推算出照片缩小的比例,在照片上用尺量出从发力到支撑,杠铃上升的距离h’=1.3cm,按此比例可算得实际上升的高度为h=O.59m。
(2)设杠铃在该过程中的最大速度为vm,
有h=vm/2,得vm=2h/t=1.48m/s
减速运动的时间应为t2=vm/g=0.15s
加速运动的位移s1=Vm(t-t2)/2=0.48m
又vm22as1
解得 a=2.28n/s2
根据牛顿第二定律,有F-mg=ma
解得 F=1842N
点评:本题考查考生获取信息、构建物理模型、分析理解等多方面的能力。而获取信息、构建物理模型是解题的关键。
三、方法提炼
1.处理高考信息题的一般思路和步骤:
(1)领会问题的情景,在问题给出的信息中,提取有用信息,构建出正确的物理模型;(2)合理选择研究对象;(3)分析研究对象的受力情况和运动情况;(4)运用物理学的规律列式求解。
2.处理高考信息题的方法
提取物理信息→构建物理模型→捕捉问题关键和求解途径