２００８年高考物理ＳＴＳＥ试题赏析

黎国胜

STSE是科学（Science）、技术（Technology）、社会（Society）、环境（Environment）的简称，STSE教育是当代科学教育的重要理念，是公民科学素养教育的一个重要组成方面，也是我国高中理科课程改革的一个基本方向。它强调科学、技术、社会、环境的相互作用，重视科学技术在社会生产、人民生活及社会发展中的应用，关注社会发展、人民生活水平提高与环境的友好协调。其显著特征是把当今时代与科技相关的重大社会问题纳入教育之中，包括科技的应用问题、科技发展动向问题和科技的社会伦理问题等。近年来有关STSE的物理试题越来越受到重视，据笔者粗略统计，仅2008年全国高考物理试题中就有18道之多。

物理知识与日常生活、科学技术、社会发展、环境改善密切相关，在交通运输、体育运动、医疗技术、家用电器、航空航天、光电通讯、抗震救灾等领域中有广泛的应用。解决STSE物理试题的关键在于：通过对实际问题的分析，抽象出理想化的物理模型，根据物体的运动过程，选择相应的物理规律，求解答案。

一、与体育运动相关的STSE试题

健康是人生的最大财富，没有健康就没有一切。体育运动不仅具有使人类更加健康的实用性，更具有极强的观赏性和娱乐性。体育运动特别是竞技体育运用了大量的物理知识，再加上2008年奥林匹克运动会又在北京举行，奥林匹克的团结、友谊、进步、和谐、参与和梦想精神代表了人类的普遍价值观和人类追求美好未来的共同愿望。因此与体育运动相关的STSE试题无疑会受到2008年高考命题专家的青睐。

例1（广东卷第3题）运动员跳伞将经历加速下降和减速下降两个过程。将人和伞看成一个系统，在这两个过程中，下列说法正确的是（）

A． 阻力对系统始终做负功

B． 系统受到的合外力始终向下

C． 重力做功使系统的重力势能增加

D． 任意相等的时间内重力做的功相等

点评本题中运动员和伞即为研究对象，题中给出了运动过程，只需对各过程进行受力分析。由功的公式可知A选项正确，再由牛顿第二定律可知B选项错误，根据重力做功与重力势能的关系可知C选项错误，由于运动员先加速后减速故相同时间位移不同，由功的公式可知D选项错误。答案A。

本题的物理模型和物理过程非常清楚，考查的知识点多但难度不大，只要稍加分析不难找出正确答案。

例2（广东卷第10题）某人骑自行车在平直道路上行进，图1的实线记录了自行车开始一段时间内的v-t图象。某同学为了简化计算，用虚线作近似处理，下列说法正确的是（）

点评本题主要考查学生对速度-时间图象（包括对斜率、面积）的理解及平均速度概念的理解。答案：BD。

例3（广东卷第17题）有一种叫“飞椅”的游乐项目，如图2所示，长为L的钢绳一端系着座椅，另一端固定在半径为r的水平转盘边缘。转盘可绕穿过其中心的竖直轴转动。当转盘以角速度ω匀速转动时，钢绳与转轴在同一竖直平面内，与竖直方向的夹角为θ。不计钢绳的重力，求转盘转动的角速度ω与夹角θ的关系。

点评本题考查圆周运动的相关知识，正确进行受力分析，根据向心力公式可求解，试题难度不大。

练习1（广东卷第11题）某同学对着墙壁练习打网球，假定球在墙面以25 m/s的速度沿水平方向反弹，落地点到墙面的距离在10 m至15 m之间。忽略空气阻力，取g=10 m/s2。球在墙面上反弹点的高度范围是（）

A． 0.8 m至1.8 mB． 0.8 m至1.6 m

C． 1.0 m至1.6 m D． 1.0 m至1.8 m

练习2（重庆卷第23题）滑板运动是一项非常刺激的水上运动，研究表明，在进行滑板运动时，水对滑板的作用力Fx垂直于板面，大小为kv2，其中v为滑板速率（水可视为静止）。某次运动中，在水平牵引力作用下，当滑板和水面的夹角θ=37°时（图3所示），滑板做匀速直线运动，相应的k=54 kg/m，人和滑板的总质量为108 kg。试求：（重力加速度g取10 m/s2，sin37°=0.6，忽略空气阻力）

（1）水平牵引力的大小；

（2）滑板的速率；

（3）水平牵引力的功率。

二、与抗震救灾有关的STSE试题

2008年四川汶川遭遇了建国以来最大的地震灾难，数万同胞遇难，党和国家领导人多次亲自到灾区看望灾民，指挥抗震救灾工作，十多万中国人民解放军奋战在抗震救灾的最前沿，全国人民积极行动支持灾区。抗震救灾过程中出现了许多可歌可泣的事迹，充分体现了中国人民的团结互助和不畏艰难的民族精神。这是2008年我国的一件大事，理应受到高考命题专家的重视，在今年的高考物理中有两道抗震救灾STSE物理试题。通过抗震救灾的试题，可以引导学生关注时事、关注民生，树立以人为本的观念。

例4（重庆卷第20题）某地区地震波中的横波和纵波传播速率分别约为4 km/s和9 km/s。一种简易地震仪由竖直弹簧振子P和水平弹簧振子H组成（如图4所示）。在一次地震中，震源在地震仪下方，观察到两振子相差5 s开始振动，则（）

A.P先开始振动，震源距地震仪约36 km

B.P先开始振动，震源距地震仪约25 km

C.H先开始振动，震源距地震仪约36 km

D.H先开始振动，震源距地震仪约25 km

点评本题构思非常巧妙。横波的波源振动方向与传播方向垂直，纵波的振动方向与传播方向共线。显然P只能上下振动，而波沿竖直方向传播，故P监测地震波中的纵波，而H只能监测地振波中的横波，再根据波匀速传播的公式即可求解。答案：A。

练习3（山东卷第19题）有一直升机悬停在空中向地面投放装有救灾物资的箱子，如图5所示。设投放初速度为零，箱子所受的空气阻力与箱子下落速度的平方成正比，且运动过程中箱子始终保持图示姿态。在箱子下落过程中，下列说法正确的是（）

A． 箱内物体对箱子底部始终没有压力

B． 箱子刚从飞机上投下时，箱内物体受到的支持力最大

C． 箱子接近地面时，箱内物体受到的支持力比刚投下时大

D． 若下落距离足够长，箱内物体有可能不受底部支持力而“飘起来”

三、与节能环保、新型能源相关的STSE试题

环境与能源问题是人类共同关注的问题，它关系到人类是否能够可持续发展。通过这类试题，能够引导学生关注环境，养成节能的良好习惯，增强节能环保的意识。

例5（北京卷第23题）风能将成为21世纪大规模开发的一种可再生清洁能源。风力发电机是将风能（气流的动能）转化为电能的装置，其主要部件包括风轮机、齿轮箱、发电机等。如图6所示。

（2）风轮机叶片旋转所扫过的面积为风力发电机可接受风能的面积。设空气密度为ρ，气流速度为v，风轮机叶片长度为r。求单位时间内流向风轮机的最大风能Pm。

在风速和叶片数确定的情况下，要提高风轮机单位时间接受的风能，简述可采取的措施。

（3）已知风力发电机的输出电功率P与Pm成正比。某风力发电机的风速v1 =9 m/s时能够输出电功率P1=540 kW。我国某地区风速不低于v2=6 m/s的时间每年约为5 000 h，试估算这台风力发电机在该地区的最小年发电量是多少千瓦时。

解析：（1）0.03

（2）风垂直流向风轮机时，提供的风能功率最大。

单位时间内垂直流向叶片旋转面积的气体质量为ρvS，S=πr2

风能的最大功率可表示为

点评本题考查的知识点多，有电能的输送、能量转化，难度大的是流体的研究方法。对流体关键是要建立起模型，通常是要建立一个圆柱体模型。

练习4（广东卷第17题）为了响应国家的“节能减排”号召，某同学采用了一个家用汽车的节能方法。在符合安全行驶要求的情况下，通过减少汽车后备箱中放置的不常用物品和控制加油量等措施，使汽车负载减少。假设汽车以72 km/h的速度行驶时，负载改变前、后汽车受到的阻力分别为2000 N和1950 N。请计算该方法使发动机输出功率减少了多少？

四、与现代交通有关的STSE试题

交通是国民经济的命脉，现代交通运用了大量先进的高科技知识，动车组、磁悬浮列车是现代交通的代表。

例6（天津卷第25题）磁悬浮列车是一种高速低耗的新型交通工具。它的驱动系统简化为如图7所示模型。固定在列车下端的动力绕组可视为一个矩形纯电阻金属框，电阻为R，金属框置于xOy平面内，长边MN为l平行于y轴，宽为d的NP边平行于x轴。列车轨道沿Ox方向，轨道区域内存在垂直于金属框平面的磁场，磁感应强度B沿Ox方向按正弦规律分布，其空间周期为λ，最大值为B0，如图8所示，金属框同一长边上各处的磁感应强度相同，整个磁场以速度v0沿Ox方向匀速平移。设在短暂时间内，MN、PQ边所在位置的磁感应强度随时间的变化可以忽略，并忽略一切阻力。列车在驱动系统作用下沿Ox方向加速行驶，某时刻速度为v（v＜v0）。

（1）叙述列车运行中获得驱动力的原理。

（2）列车获得最大驱动力，写出MN、PQ边应处于磁场中的什么位置及λ与d之间应满足的关系式。

（3）计算在满足第（2）问的条件下列车速度为v时驱动力的大小。

解析：（1）由于列车速度与磁场平移速度不同，导致穿过金属框的磁通量发生变化，由于电磁感应，金属框中会产生感应电流，该电流受到的安培力即为驱动力。

根据左手定则，MN、PQ边所受的安培力方向相同，此时列车驱动力的大小

点评本题以磁悬浮列车驱动为背景，综合性强，有一定的难度。主要考查学生是否理解电磁驱动的原理，教材后面有一道电磁驱动的作业题，而且本题所用的法拉第电磁感应定律、安培力公式等等都是学生熟悉的知识。可见，解决好这类试题还是要以教材为本，打牢基础，再灵活应用。

五、与航空航天有关的STSE试题

众所周知，当今时代世界各国外太空竞争相当激烈，航空航天技术体现了一个国家的科技水平和综合实力。我国在火箭发射、载人航天等领域取得了辉煌的成绩。航空航天的有关问题也是高考命题的一个热点，要引起大家的重视。

例7（山东卷第18题）据报道：我国数据中继卫星“天链一号01星”于2008年4月25日在西昌卫星发射中心发射升空，经过4次变轨控制后，于5月1日成功定点在东经77°赤道上空的同步轨道。关于成功定点后的“天链一号01 星”，下列说法正确的是（）

A． 运行速度大于7.9 km/s

B． 离地面高度一定，相对地面静止

C． 绕地球运行的角速度比月球绕地球运行的角速度大

D． 向心加速度与静止在赤道上物体的向心加速度大小相等

点评A选项考查了第一宇宙速度，B选项直接考查了同步卫星的定义，C选项用周期与角速度的关系可快速判断，D选项直接用向心加速度公式a=ω2r判断，二者的角速度ω相同。答案：BC。

练习5（广东卷第12题）图9是“嫦娥一号奔月”示意图，卫星发射后通过自带的小型火箭多次变轨，进入地月转移轨道，最终被月球引力捕获，成为绕月卫星，并开展对月球的探测。下列说法正确的是（）

A． 发射“嫦娥一号”的速度必须达到第三宇宙速度

B． 在绕月圆轨道上，卫星的周期与卫星质量有关

C．卫星受月球的引力与它到月球中心距离的平方成反比

D． 在绕月圆轨道上，卫星受地球的引力大于受月球的引力

例8（全国卷Ⅱ第25题）我国发射的“嫦娥一号”探月卫星沿近似于圆形的轨道绕月飞行。为了获得月球表面全貌的信息，让卫星轨道平面缓慢变化。卫星将获得的信息持续用微波信号发回地球。设地球和月球的质量分别为M和m，地球和月球的半径分别为R和R1，月球绕地球的轨道半径和卫星绕月球的轨道半径分别为r和r1，月球绕地球转动的周期为T。假定在卫星绕月运行的一个周期内卫星轨道平面与地月连心线共面，求在该周期内卫星发射的微波信号因月球遮挡而不能到达地球的时间。（用M、m、R、R1、r、r1和T表示，忽略月球绕地球转动对遮挡时间的影响）

（练习题答案：1. A2. （1）F=810 N（2）v=5 m/s（3）P=4 050 W3. C 4. ΔP=1×103 W5. C）