一次奥运会，一堂物理课

黄　鑫

“北京欢迎你，为你开天辟地，流动中的魅力，充满着朝气。北京欢迎你，在太阳下分享呼吸，在黄土地刷新成绩。北京欢迎你，像音乐感动你，让我们都加油，去超越自己。北京欢迎你，有梦想谁都了不起，有勇气就会有奇迹。”历经百年的等待，全球四年一度的盛会——奥运会终于从奥林匹亚走到了中国，走进了北京。当全球亿万观众为欧、亚文明的交汇而激动的时候，他们也为北京奥运会缔造的科技传奇而倾倒。

情景素材一：“水立方”里的奇迹

北京奥运会游泳比赛共决出了32枚金牌，一个游泳池8天狂破19项世界纪录。人类极限纪录以难以置信的速度在“水立方”（如图1所示）不断被刷新。“水立方”依靠池水循环系统中的分流加热环节的自动温控阀，将水温精确地控制在人体最适宜的26.5 ℃到26.9 ℃之间，让运动员感觉非常舒适。“水立方”每天能够利用自然光的时间达到了9.9 h，比一个正常的游泳馆多节能30%以上。

人类游泳纪录以难以置信的速度在“水立方”不断被刷新，“水立方”中的水温适宜功不可没。依靠池水循环系统中的分流加热环节的自动温控阀，“水立方”能够将水温精确地控制在人体最适宜的温度范围。据此回答1~4题。

1. 自动温控阀的原理图如图2所示，它的实质是___

____________。当水温升高时，温度计中两根金属探针均与液体接触，则指示灯将变_______（选填“亮”或“暗”）。

2. 人体最适宜的温度如图3所示，为______________

_______________。家庭和实验室里常用的温度计是根据液体____________的规律制成。

3. 水常用来做冷却剂，是因为水具有（）

A． 较小的密度 B． 较大的比热容

C． 较低的凝固点 D． 较高的沸点

4. “水立方”中的水主要是利用太阳光加热，这是把_____能转化成_____能。泳池蓄水量为3 750 m³，若要使“水立方”中泳池里的水提高1 ℃，则需要吸收多少热量？（水的密度为1.0×10³ kg/m³，水的比热容为4.2×10³ J/kg•°C）。

情景素材二：“鹰眼”挑战人眼

除了“水立方”里的高科技，北京奥运会中还有一项技术也令很多观众惊叹，那就是能让觉得受到不公正判决的运动员有理由向裁判员“叫板”的“鹰眼”。“鹰眼”的正式名称是“即时回放系统”，由8~10个高速摄像头、4台电脑和大屏幕组成。

1． 北京奥运会全面启用“鹰眼”，利用高速摄像头从不同角度同时捕捉物体轨迹。摄像头是一个_________镜，对光线起_________作用，成_________像。

2. 若人到摄像机的距离为5～12 m，由此判断，“鹰眼”系统的摄像机的镜头（）

A． 焦距可能为1 m B． 焦距可能为5 m

C． 焦距可能为10 m D． 焦距可能为15 m

情景素材三：世界看奥运只需0.3秒

奥运会拥有40亿电视观众，北京奥运会赛况信息发布所用的时间仅需0.3秒。这意味着，在美国纽约的电视观众与身在“鸟巢”现场的观众看到比赛结果的时间差，也仅在“眨眼之间”。

1. 人们通过发射和接收一种波，对北京奥运会赛况的信息进行传递。这种波是（）

A． 红外线 B． 紫外线

C． 超声波 D． 微波

2. 北京奥运会通过电磁波把赛况信息传递到全世界，电磁波的速度为___________。在美国纽约的电视观众与身在“鸟巢”现场的观众看到比赛结果的时间差仅为0.3 s。请计算美国纽约的电视观众与身在“鸟巢”现场的观众之间的距离是___________m。

情景素材四：璀璨的科技光影

2008年8月8日晚，随着一幅长达70 m的卷轴在“鸟巢”中缓缓铺开，北京奥运会开幕式文艺表演也拉开了序幕。画轴打开在一个巨大的发光二极管屏幕上，屏幕长147 m，宽22 m，构成历届开幕式面积最大的一个舞台，如图4所示。屏幕上面铺设了4.4万个红、绿、蓝三种颜色的发光二极管，通过电路控制实现图像输出，随着情景的变化，改变背景的内容。

考虑到演员还要在上面翩翩起舞，位于屏幕中央的长20 m、宽11 m的“画纸”必须要有一定的抗压能力，并且卷轴还要收放自如。因而，“画纸”是由宽1.2 m、长2.4 m的小块航空蜂窝板材拼合而成，厚20 mm，重约800 kg。

开幕式的另一个亮点，就是采用了大量亮度高达20 000流明的高分辨率投影机，形成了“鸟巢”顶端边沿的巨大环形屏幕。点燃圣火的场景中，投影机要隐藏在投影幕墙的后边，以便在李宁的身后播放火炬传递的画面，同时随着李宁的步伐形成逐渐打开卷轴的样子。最终，璀璨的开幕式呈现在我们的眼前。

1. 奥运开幕式上，画轴打开在一个巨大的发光二极管屏幕上。发光二极管屏幕是由下列哪种材料构成的（ ）

A. 导体 B. 半导体

C. 绝缘体 D. 超导体

2. 李宁在空中传递奥运火炬时，下列说法正确的是（ ）

A. 李宁不受重力影响

B. 重力的施力物是李宁

C. 保险绳对李宁的拉力和李宁对保险绳的拉力是一对平衡力

D. 李宁所受的重力和保险绳对李宁的拉力是一对平衡力

3. 若把航空蜂窝板材放在宇宙中，则质量______，密度______；若把航空蜂窝板材切成两半，则质量_____，密度______（选填“减小”、“不变”或“增大”）。

4. 开幕式的另一个亮点，是“鸟巢”顶端边沿的巨大环形投影幕墙。投影机就隐藏在投影幕墙的后边，投影机的镜头相当于一个_______镜，其成像原理与幻灯机原理相似。如图5所示，为了使观众看到正立的像，幻灯片要______（选填“顺着”或“倒着”）插入架上。用强光照射幻灯片，幻灯片上的画面在屏幕上形成______像（选填“实”或“虚”）。

5. 如图6所示，画出李宁受到的重力。

6. 屏幕中央 “画纸”由840块宽1.2 m、长2.4 m的小块航空蜂窝板材拼合而成，厚20 mm，重约800 kg。试计算“画纸”的重力是多少？密度是多少？（取g＝10 N/kg）

情景素材五：绚烂的数码焰火

伴随着29个焰火脚印，奥林匹克精神从古老的奥林匹亚走来，走到中国，走进北京，走入“鸟巢”。

5个炮位相隔90 m的发射器发射出焰火弹，装在焰火弹中的芯片控制每发焰火弹的发射时间、飞行高度、起爆时间和燃烧时间。焰火弹在高空爆炸形成单个的环，单个的环在114 m的高空开始靠近并套在一起，在134.68 m的高空套完，形成最长250 m的五环相连图案（如图7所示），再运行到170 m的高空后消失。观众能看到的只有五六秒的时间，但这也是震撼、壮观的五六秒。

1. 奥运焰火弹能够发射上天是受到了力的作用。关于力的认识，下列说法中错误的是（ ）

A． 力是物体对物体的作用

B． 力能使物体发生形变或改变物体的运动状态

C． 物体间力的作用是相互的

D． 只有相互接触的物体才会产生力的作用

2. 射出的焰火弹能够在空中继续飞行，这是因为焰火弹具有_________________________________________

_______________________________________。

3. 奥运五环图案焰火的形成过程中，单个环从114 m的高空开始靠近并套在一起，在近135 m的高空套完，形成最长250 m的五环相连图案，再运行到170 m的高空消失，观众欣赏到震撼、壮观的五六秒钟。那么该奥运五环图案从单个的环开始靠近到高空运行后消失的平均速度约为________m/s=_________km/h。

情景素材六：保卫蓝天有高招

2008年北京奥运会开幕式上，“鸟巢”上空一颗雨滴也没落下。

国家卫星气象中心启动静止卫星双星加密运行模式，每15 min即可获取一张卫星云图，从而实现对天气系统的连续变化情况，发生发展过程的宏观、实时监控。

如有大雾弥漫，气象部门将采用“液氮消冷雾技术”，达到人工消雾。由于液氮汽化温度为零下195.8 ℃，通过地面车辆、气球或者飞机将液氮喷洒在雾中时，可形成低于零下40 ℃的低温环境，从而让雾中水滴迅速冻结为冰晶。这些冰晶又迅速凝化周围雾滴形成小雪花降落，最终达到消除冷雾的目的。出现高温干旱天气时，北京市人工影响天气办公室会利用飞机、气球、发生器、高炮和火箭等工具进行人工增雨作业。假如暴雨倾盆，如开幕式上使用的消雨火箭弹就会大显神威。

1. 奥运期间，气象卫星对“鸟巢”的天气系统连续变化情况，发生发展过程实施宏观、实时监控。若以地球为参照物，该卫星是__________的；若以太阳为参照物，这个卫星应是_________的（选填“静止”或“运动”）。卫星在太空匀速飞行的过程中，其动能__________（选填“减小”、“不变”或“增加”）。

2. 为确保奥运开幕式的顺利举行，北京市实行人工增雨作业。雨是由（ ）

A. 水蒸发形成的

B. 空气中的水蒸气液化形成的

C. 水汽化形成的

D. 空气中的水蒸气凝华形成的

3. 气象部门采用“液氮消冷雾技术”进行人工消雾。由于液氮汽化温度为零下195.8 ℃，从而让雾中水滴迅速冻结为冰晶，形成小雪花降落，最终达到消除冷雾的目的。关于雪花的形成，下列说法正确的是（ ）

A． 熔化、放热过程

B． 熔化、吸热过程

C． 凝华、放热过程

D． 凝固、放热过程

4. 开幕式上使用的消雨火箭弹点火升空时如图8所示，燃料燃烧获得极大的_________能，这些能量转化为_________能，从而使火箭获得巨大的推动力。

【参考答案见P80】