赏析2016年各地高考试卷中的STS试题

浙江 王 胜 邵云峰

赏析2016年各地高考试卷中的STS试题

浙江 王 胜 邵云峰

归类剖析STS试题，寻其解法、探其根本。

物理是一门自然学科，我们生活的各个方面都与物理知识的应用息息相关，如诸多的体育运动、现代化的家用电器、变幻莫测的自然现象以及出神入化的现代技术，无不渗透着物理知识。而将这些物理知识的实际应用作为命题的素材（或背景），是近几年的高考命题的特点。2016年高考试题中，也出现了诸多背景新颖、内涵深刻，联系生产生活、科技和社会实际的试题。本文摘选了部分试题，作个归类赏析。

一、体育比赛中的物理

【例1】（2016·浙江卷）如图1所示为赛车场的一个水平“梨形”赛道，两个弯道分别为半径R＝90m的大圆弧和r＝40m的小圆弧，直道与弯道相切。大、小圆弧圆心O、O′距离L＝100m。赛车沿弯道路线行驶时，路面对轮胎的最大径向静摩擦力是赛车重力的2.25倍，假设赛车在直道上做匀变速直线运动，在弯道上做匀速圆周运动。要使赛车不打滑，绕赛道一圈时间最短（发动机功率足够大，重力加速度g＝10m/s2，π＝3.14），则赛车 （ ）

图1

A.在绕过小圆弧弯道后加速

B.在大圆弧弯道上的速率为45m/s

C.在直道上的加速度大小为5.63m/s2

D.通过小圆弧弯道的时间为5.58s

【答案】AB

【评析】电视节目中的赛车比赛，对大多数同学而言司空见惯，试题中的“梨形”赛道，较实际的赛车车道要简单许多，即由两段大、小圆弧和两条直线组成，是一种理想化的赛道。而解题的突破口是“绕赛道一圈时间最短”，所以必有在弯道上最大静摩擦力作为向心力这一临界条件。

二、乐器中的物理

【例2】（2016·江苏卷）电吉他中电拾音器的基本结构如图2所示，磁体附近的金属弦被磁化，因此弦振动时，在线圈中产生感应电流，电流经电路放大后传送到音箱发出声音，下列说法正确的有 （ ）

图2

A.选用铜质弦，电吉他仍能正常工作

B.取走磁体，电吉他将不能正常工作

C.增加线圈匝数可以增大线圈中的感应电动势

D.磁振动过程中，线圈中的电流方向不断变化

【解析】金属弦被拨动后靠近（或离开）螺线管的过程中，磁通量增大（或减小），所以螺线管中会产生感应电流（音频电流），电流再经处理放大后输入音箱，就能听到声音了。因铜质弦不能被磁化，所以A项错误；若取走磁铁，金属弦无法被磁化，电吉他将不能正常工作，所以B项正确；根据法拉第电磁感应定律知，增加线圈匝数可以增大线圈中的感应电动势，所以C项正确；磁振动过程中，线圈中的磁通量不断变化（增大或减小），所以电流方向不断变化，D项正确。

【答案】BCD

三、气象中的物理

【例3】（2016·上海卷）风速仪结构如图3甲所示。光源发出的光经光纤传输，被探测器接收，当风轮旋转时，通过齿轮带动凸轮圆盘旋转，当圆盘上的凸轮经过透镜系统时光被挡住。已知风轮叶片转动半径为r，每转动n圈带动凸轮圆盘转动一圈。若某段时间Δt内探测器接收到的光强随时间变化关系如图3乙所示，则该时间段内风轮叶片 （ ）

图3

【答案】B

【评析】本试题是匀速圆周运动的规律在实际生活问题中的具体应用，可以根据脉冲的光强信号出现的时间长短及次数，来确定圆盘转速的增减以及圆盘转过的圈数，这是解决此问题的关键。同时在判断风轮叶片的转速问题，还涉及是同带还是同轴转动的问题。

四、交通运输中的物理

【例4】（2016·四川卷）避险车道是避免恶性交通事故的重要设施，由制动坡床和防撞设施等组成，如图4竖直平面内，制动坡床视为与水平面夹角为θ的斜面。一辆长12m的载有货物的货车因刹车失灵从干道驶入制动坡床，当车速为23m/s时，车尾位于制动坡床的底端，货物开始在车厢内向车头滑动，当货物在车厢内滑动了4m时，车头距制动坡床顶端38m，再过一段时间，货车停止。已知货车质量是货物质量的4倍，货物与车厢间的动摩擦因数为0.4；货车在制动坡床上运动受到的坡床阻力大小为货车和货物总重的0.44。货物与货车分别视为小滑块和平板，取cosθ＝1，sinθ＝0.1，g＝10m/s2。求：

图4

（1）货物在车厢内滑动时加速度的大小和方向；

（2）制动坡床的长度。

【解析】（1）设货物质量为m，货物与货车间滑动摩擦因数为μ1，货物减速时加速度大小为a1，对货物进行受力分析，如图5所示，

图5

根据牛顿第二定律得mgsinθ＋μmgcosθ＝ma1

代入数据得a1＝5m/s2，方向沿坡面向下。

（2）设车质量为4m，车减速时加速度大小为a2，对车进行受力分析，如图6所示，

图6

根据牛顿第二定律得

代入数据得a2＝5.5m/s2，方向沿坡面向下。

设货车和货物共同的初速度大小为v0，货物相对货车滑动4m用时为t，货物相对地面位移大小为x1，货车相对地面位移大小为x2，根据运动学公式有

代入数据得x2＝48m

车长为L，货物相对车滑动4m时车头距顶端L′，坡长为s，有s＝x2＋L＋L′

代入数据解得s＝98m。

【评析】对于这种以实际情景进行命题的试题，解题的关键是如何去寻找合适的物理模型。该题的模型其实就是滑块和木板模型，只是将情景设置于斜面上，与处于水平面上的滑块和木板模型实质是一样的。而准确分析货物和货车的受力是基础，特别是分析货车的受力时，易漏掉货物对货车的沿斜坡向下的摩擦力。

（作者单位：浙江省衢州高级中学）