专题十 物理与有关学科综合例举.doc

1、名 师 辅 导教学内容：专题十 物理与有关学科综合例举2001 年 7月 13日，一个不眠之夜，一个 13亿人的不眠之夜，中华儿女期盼的眼睛注视着一个历史性时刻，国际奥委会第 112次全体会议投票表决，北京获得 2008年第 29届奥运会主办权。举办奥动会是 13亿中国人民的共同心愿，1990 年 7月邓小平同志在视察北京亚运村时提出：“中国要申办奥运会。 ”从 1993年首次申办到现在申办成功，申奥一直是举国上下普遍关心的话题。2008 年北京奥运会， “将给中国和世界体育留下独一无二的宝贵遗产” 。下面是三个物理在体育比赛中应用的实例：【例 1】 1888年，澳大利亚短跑运动员舍里尔一改传

2、统的站立式起跑方式，采用蹲踞式起跑技术，大大提高了自己的短跑成绩，从此蹲踞式起跑技术风靡一时，对现代短跑产生了深远的影响。舍里尔的发明来自他对袋鼠的观察，他模仿袋鼠的起跑姿势，并结合短距的特点而创造了蹲踞式短跑技术。如某一短跑运动员，采用站立式起跑 100m赛跑，前50m跑掉 5.1s，到达终点时速度为 12ms-1，赛跑总时间为 10.2s，采用蹲踞式后关 50m跑掉 4.9s，后 50m情况与站立式一样，分别求出两次赛跑的平均速度。并说明蹲踞式起跑优势的物理原理。【解析】 据平均速度的原始定义式：传统起跑的平均速度 v1= =9.804ms-1sm2.0蹲踞式起跑的平均速度 v2= =10

3、ms-1蹲踞式起跑能使臀肌和大腿前面的股四头肌和小腿后面的三头肌被拉长，使这些肌肉群处于收缩前的“绷紧”状态，从生物力学角度分析，肌肉在收缩前先拉长，可以提高肌肉的张力，有利于发挥肌肉收缩能力，在后蹬运动的一刹那，就会产生相当大的爆发力。从纯物理力学角度看，蹲踞式起跑时，身体重心低，支撑反作用力和水平面间夹角比站立式要小得多，水平分力变大，水平冲量变大，提高了起动时的初速度，从而可以提高短跑的成绩。【说明】 不仅蹲踞式起跑可用力学知识来分析，人体运动系统的一举一动无不包含着力学知识，人体的各种运动动作，都可模拟为机械运动，从力、能量等角度来加以分析。【例 2】 一跳水运动员从离水面 10m高的

4、平台上跃起，举双臂直体离开平台，此时其重心位于人手到脚全长的中心。跃起后重心升高 0.45m达到最高点，落水时身体竖直，手先入水（在此过程中运动员水平方向的运动忽略不计） ，从离开跳台到手触水面，他可用于完成空中动作的时间是 s（计算时，可以把运动员看作全部质量集中在重心的一个质点。g 取 10m/s2，结果保留 2位有效数字） 。【解析】 可把运动员在空中的实际运动抽象为质点竖直上抛运动来处理。设运动员的初速度为 v0，运动总时间为 t，根据竖直上抛运动规律可得：h=v02/2g,s=v0t-gt2/2即 0.45=v02/(210),-10=v0t-10t2/2解得：t=1.7s【说明】

5、本题将物理学科的运动学知识点与体育竞技项目结合在一起，综合解释了跳水项目的物理原理。并突出了重心的概念。【例 3】 在一种叫“蹦极跳”的运动中，质量为 m的游戏者身系一根长为 L、弹性优良的轻质柔软橡皮绳，从高处由静止开始下落 1.5L时到达最低点，若在下落过程中不计空所阻力，则以下说法正确的是（ ）A.速度先增大后减小B.加速度先减小后增大C.动能增加了 mgLD.重力势能减少了 mgL【解析】 人体在开始下落的 L米内作自由落体，从下降 L到 1.5L过程中，物体除重力外还受逐步增大的方向向上的弹力作用，物体在作变加速后作变减速运动，所以整个过程先加速后减速，动能变化为零。重力势能减少了

6、1.5mgL。正确答案是 A。【说明】 从动力学和能量角度分析蹦极运动的运动特点，是一个理论联系实际的好题，并对该项体育运动有一定的理论指导意义。2001 年 9月 11日，美国遭受恐怖分子的重大袭击，纽约的世贸大厦、华盛顿美国国防部的五角大楼均遭到重大袭击，纽约的标志性建筑世贸大厦的双楼全部倒塌，近五千人丧于非命，整个事件使世界为之惊呆。充分说明虽然和平与发展是当今世纪的二大主流，但世界并不太平。由此爆发的以美为首的多国部队以消灭阿富汗塔里班正权和以本拉登为首的“基地”恐怖组织为目的战争是人类进入新世纪世界最大的军事行动。美国对阿富汗的战争使大量高科技含量的武器装备纷纷登场。美国动用了国内国

7、际上一切的力量和手段对付阿富汗塔里班政权和拉登恐怖组织，并形成了反恐怖组织的世界性联盟。下面是三个与之相关的例举：【例 4】 美国对阿富汗的轰炸中，使用了各种炸弹，包括集束炸弹和贫铀炸弹。贫铀是从金属中提炼“ U”以后的副产品，其中含有“ U”，比重为钢的 2.5倍，贫铀炸2359 2359弹的最大穿甲深度可达 900mm，杀伤力极大，残留物可长期起作用。（1）常规炸弹最大穿甲深度可达 100mm，弹头可穿过 50人，同样形状的贫铀炸弹可穿过的人数可达（ ）A.100人 B.150人 C.450人 D.900人（2）贫铀炸弹的放射性可使生物体发生变异，导致癌症和白血病，这是射线的 作用，导致生

8、物体变异的生物学机理是 。（3）残留物对环境可长期起作用，其原因是 。A.爆炸的弹片存在在放射性B.未炸的哑弹存在放射性C.铀的衰变速率很快D.铀的半衰期很长【解析】 本题以美国对阿富汗的反恐怖主义轰炸进行命题，切入社会热点，通过对题给信息的筛选、提炼可知：贫铀炸弹穿过人群可类比子弹打木块模型，贫铀杀伤深度是普通子弹的 9倍，所以穿透人数也是普通炸弹的 9倍。即 450人，所以（1）选 C。 （2）贫铀炸弹对生物体的危割，必须从基因角度考虑，其残留物可长期起作用。要注意“长期”这一信息，显然“长期”与“半衰期”有关。对前三个问题进行归纳并提炼。所以（2）第一线填“物理化学” ，第二线填“基因突

9、变” 。 （3）选 A、B、D。【说明】 大规模杀伤性武器包括常规武器、核武器、生化武器，其中包含物理学中力、热、电、光、原子物理等各部分知识，也更包括其他化学、生物、社会学等多种知识，综合应用多学科知识解决该方面实际问题是当今的热点问题之一。【例 5】 激光出现以后，用光作武器的纪想逐渐变成现实。由于光的传播速度是最快的，一切敌方目标对于光速来说都是低速的，激光从发射到击中目标只要一瞬间，因此，军事专家把激光武器列为重要的战略武器，激光在军事与国防领域的应用，主要包括激光测距、激光雷达、激光制导、激光模拟等技术。激光武器包括激光致盲武器、激光干扰武器、激光防空武器等，这些武器的出现将影响未来

10、战争和战略的部署。在实战中立下显赫战功的当属激光制导炸弹，该炸弹由担任攻击任务的飞机飞到预定空域后向目标投下，从飞机上发射一束激光照射到攻击目标上，飞机上的激光接收器就会接收到这束激光返回的信号，然后控制炸弹的尾翼，修正其航向，从而准确无误地击中目标。美国向阿富汗战争中，美国向塔里班阵地投下了成千上万颗炸弹，阿富汗军事指挥所、通讯部门被炸弹炸毁，而医院、学校、居民住宅则很少被炸。比如：F-15 战机投下一枚激光制导炸弹，等效于二战时投下 12000枚炸弹。一台激光器发光功率为 P，发生的激光在折射率为 n的介质中波长为 ，若真空中光速为 C，普朗克常量为 h，则该激光器在时间 t内辐射光子数为

11、多少？若电脑记录下的激光由发射到返回时间差为 t，求被探测物到激光源的距离是多少？【解析】 设 t秒内辐射光子数为 N。则 Pt=Nh=Nh nN= hCPt据光速公式得：Ct=2S 距S 距 = 2t【说明】 激光被称为二十世纪的“神灯” ，它不仅在激光制导炸弹中有广泛应用，还在激光干涉（全息照相） 、激光衍射等多种领域有着十分广泛的应用。是当今物理学中最活跃的一个分支。【例 6】 经过多年的研究，我国超高速电磁炮的研制已经到了最后阶段，不久将问世。电磁炮的原理是利用电磁力推动弹头达到每秒几十公里的超高速状态，常规武器望尘莫及。如 10-1是电磁炮的示意图。竖直向上的匀强磁场的磁感应强度 B

12、=50T，炮弹和金属支架放在宽为 L=0.40m的铜导轨上，炮弹和金属支架的总质量为 0.20kg，铜导轨的长度为S=10m，为使炮弹的射出速度达到 V=20km/s，通过炮弹和金属支架的电流 I应为多大？（不计一切摩擦阻力）【解析】 磁场对金属支架的安培力可看成恒力FB=BIL 对支架和炮弹应用动能定理FBS= mvt2-v 1由得 I= = A=2105ALSmvt 104.5)2(.0【说明】 本题所涉及的物理知识并不复杂，关键是从较新颖的材料背景中抽象出物理模型，并用正确的物理规律解答。2001 年 11月 10日，世界贸易组织第四届部长级会议在卡塔尔首都多哈以全体协商一致的方式，审议

13、并通过了中国加入世贸组织的决定。在中国政府代表签署中国加入世贸组织议定书，并向世贸组织秘收处递交中国加入世贸组织批准书 30天后，中国将正式成为世贸组织成员。加入世贸组织，是党中央国务院作出的重战略决策，是改革开放进程中具有历史意义的一件大事，标志着我国对外开放进入一个新的阶段。加入世贸组织，对我国各行各业发展既是一种机遇，也是一种挑战，有很多行业面临发展的机遇和压力的考验。比如我国的汽车工业就面临厂家重复建设太多、技术含量不高、规模效益不好的问题，必须在三、五年内进行技术改述改造和企业重组，按现代企业制度进行管理。下面就是一组有关汽车中物理知识应用和纳米科技的例举。【例 7】 图 10-2（

14、a）是在高速公路上用超声波测速仪测量车速的示意图，测速仪发出并接收超声波脉冲信号，根据发出和接收到的信号间的时间差，测出被测物体的速度。图 10-2（b）中，P 1、P 2是测速仪发出的超声波信号，n 1、n 2分别是 P1、P 2由汽车反射回来的信号。设测速仪匀速扫描，P 1、P 2之间的时间间隔 t=1.0s，超声波在空气中传播的速度是 v=340m/s，若汽车在接收到 P1、P 2两个信号之间的时间内前进的距离是 m，汽车的速度是 m/s。【解析】 本题为 2001年上海市物理高考题题目提供的超声波信号图无时间单位，但由题目提供的 P1、P 2之间时间间隔 t=0.1s可知，30 小格为

15、 0.1s时间，则 P1n1间为 12小格对应时间 t=0.4s，P 2n2为 9小格对应时间 t=0.3s。以固定的超声波仪发出第一个超声波信号为 t1=0，则汽车第一次接收到超声波信号人立即反射时刻为 t2=0.2s,超声波仪第一次接收到超声波反射信号为 t3=0.4s，超声波仪第二次发出第二个超声波信号为 t4=1s，汽车第二次接收到超声波信号人再立即反射时刻为t5=1.15s，超声波仪第二次接收到超声波反射信号为 tb=1.3s。由此可知，汽车接收到 P1、P 2两个信号之间的时间内前进的距离：s1=340(0.4-0.3)2=17m。汽车速度 v= ms-1=17.9ms-195.0

16、17251tst【说明】 本题将物理知识应用于日常生活中超声测距，是物理学科知识与生产生活实际最好的综合，解答本题不能靠死代物理公式来解决，它综合了图线、相对运动、声波等多方面的知道，其原理与我们平日讲的雷达测速、遥感遥测有很多类似之处。【例 8】 （1）近年来，各发达国家对纳米研究给予了极大的关注，在美国，已经实施的国家纳米技术（NNI） ，决定从 2001年起政府将大幅度增加对纳米研究的投资。在2000年 10月 3日到 11月 1日，以“纳米科技中的基本科学问题”为主题的第 150次香山科学会议在京召开。试问什么是纳米科技，它将改变我们什么？（2）纳米科技是跨世纪新科技，激光束的宽度聚焦

17、到纳米级范围，可修复人体已损坏的器官，对 DNA分子进行超微型基因修复，把至今尚令人类无奈的癌症、遗传疾病彻底根除。这是利用了激光的（ ）A.单色性 B.方向性 C.高能量 D.粒子性（3）对 DNA进行修复，属于（ ）A.基因突变 B.基因重组 C.高能量 D.粒子性【解析】 （1）纳米科学与技术是指在纳米尺度（0.1 纳米到 100纳米之间）上研究物质（包括原子、分子）的特性和相互作用，以及利用这些特性的多学科的科学和技术。它使人类认识和改选物质世界的手段和能力延伸到原子和分子。纳米科技的最终目的就是直接以原子、分子及物质在纳米尺度上表现出的新颖的物理、化学和生物学特征制造出具有特定功能的

18、产品。纳米技术不仅在量子学、材料学等领域产生巨大作用。超细纳米技术将在医学领域发挥重要作用。纳米生物导弹能歼灭癌症细胞，纳米技术可以诊断早期癌症。（2）C（3）B【说明】 本题是利用当今高科技的热点为背景材料，涉及了物理与生物知识、医学知识。这要求学生了解当今世界科学研究热点，特别是涉及到人类社会普遍关注的问题。【例 9】 随着人类能源消耗的迅速增加，如何有效地提高能量利用率是人类所面临的一项重要任务。如图所示 10-3是上海“明珠线”某轻轨车站的设计方案，与站台连接的轨道有一个小的坡度。请你从提高能量利用效率的角度，分析这种设计的优点。【解析】 列车进站时，利用上坡使部分动能转化为重力势能，

19、减少因为刹车而损耗的机械能；列车出站时利用。下坡把储存的重力势能又转化为动能，起到节能作用。【说明】 本题为应用题量转化和守恒的规律来解释车站设计的含义是，具有科普和通俗的特点，是一个最典型的日常应用型问题。相比于普通火车轨道而言，东方明珠线在城市内部，不允许有较大的启步和刹车距离，所以更需题图的设计。江泽民主席在接受法国费加罗报记者采访时指出：“法轮功是危害社会和人民的邪教。 ”全国人民大也早已立法打击邪教。然而受李洪志一伙妖言的蒙骗、煽动，2001年 1月 23日（农历除夕） ，7 名“法轮功”痴迷者在天安门广场制造了一起骇人听闻的自焚事件，除两人被及时发现制止外，另五人中有一死四伤。为了

20、揭露“法轮功”这一践踏人权、扼杀自由、残害生命的反人类、反科学、反政府、反社会的事实，请仔细阅读下列材料，并回答问题。【例 10】 （1） “法轮功”妄谈生命起源，鼓吹人是神创造出来的，生老病死是“业力”的回报，只有修炼才能成为“超常人” ，最终许多修炼者因盲目听信此言而贻误病情死去。生命起源到底如何？美国学者米勒在一烧瓶中模拟原始大气的成分充入CH4、NH 3、H 2、水蒸气等气体，经连续 7天电火花放电后获得了氨基酸，此实验为无机小分子生成有机小分子创造了条件，证明了生命起源是通过 过程而进行的。该实验的机制是（ ）A.火花放电发出的光加速了化学反应B.通过电场将气体电离或断开化学键C.提

21、供能量使气体分子能级增大D.通过电场使气体分子加速碰撞（2）法轮功还宣称，人类即将面临毁灭，只有“法轮功”才是拯救人类社会的唯一大法。为此，李洪志胡编了一套宇宙观，他说：“人都是从宇宙各个空间掉下来的，因为当他不符合那一层宇宙的法的要求的时候，那么他只能往下掉掉到宇宙的中心地球，地球是宇宙的一个垃圾站。 ”从天文学知识可知，地球只是太阳系九大行星之一，按距离太阳由近至远排列，地球居第 3位。由于太阳内部进行着剧烈的聚变反应，太阳每秒钟辐射出来的能量约为 3.81026J，地球上只接受了其中二十亿分之一。写出太阳内部所发生的热核反应方程式；估算太阳的质量；根据你学过的知识，试论述随着岁月的流逝，

22、地球公转的周期、日地的平均距离及地球表面温度的变化趋势（不考虑流星及处星与地球发生碰撞的可能性及温室效应） 。（3）李洪志在一次带功报告中吹嘘：“一次我拿一根纯铝棒在意念发功后，经高能物理研究所测试，铝棒的成分发生了变化，变成了铁，还有铜和金的成分”试从能量和核变化的角度分析其荒谬之处。【解析】 （1）烧瓶中所充气体相当于原始大气，火花放电为模拟自然界中的雷电，根据实验结果产生了生命基础蛋白质的基石氨基酸，证明生命起源是化学进化过程而进行的。而新物质的生成依赖于旧化学键的断裂与新化学键的形成，故反应机制是通过电场将气体电离或断开化学键。（2）核聚变反应两个条件：A.核子间距离接近 10-15m

23、。B.高温达 107以上，在太阳上进行的核反应为轻核聚变，其反应方程式： H+ H He+ n2134210地球绕太阳公转的周期 T=3.16107s，轨道半径 R=1.491011m，根据万有引力定律=mR ，得 M= =1.961030kg。2RGMm24T23GR因太阳内部进行着剧烈的热核反应，辐射大量光子，根据质能方程 E=mc 2可知，太阳的质量在不断地减少，又由万有引力定律知，太阳对地球的万有引力在不断减少，由F=mv2/R知，日地距离将不断增大，由 v= 知，地球运行速度将减小，由于太阳质量RM减小，辐射光子的功率将减小，又 R增大，所以辐射到地球表面的热功率将减小，这样地球表面

24、的温度也将逐渐降低。（3）铝原子要变成铁、铜、金等原子必须通过核聚变，而发生核聚变必须要有巨大的能量，因人体不可能提供巨大的能量发生核聚变使铝变成铁，故李洪志的说法是荒谬骗人的。【说明】 “法轮功”是如何欺世盗名骗人的，本题从中学生的基础出发，综合物理、化学、生物三方面的知识对其作了说明，既考查了考生的功底，又考查了考生的综合运用能力及对客观事物的辨析能力。人类生存离不开能量，能源问题是现代社会的重大问题，所以人们在不断探索机械能、化学能、生物能、核能、热能、电能、地热能、风能、潮汐能、太阳能等的变化和利用。【例 11】 下列一些问题与能量有关，请思考回答：（1）1g 水在 25时变成同温度的

25、水蒸气要吸收 2444J的热量，如果 2molH2与 1molO2反应生成 2mol水蒸气要放出 483.6kJ的热量，则用 2molH2与 1molO2反应生成 2mol液态水时要放出多少热量（热值均在 25时测定）？（2）利用太阳能的方法之一，是将装有芒硝的密闭塑料管安装在房屋的外墙内，当太阳照射时，它能将太阳能转化为化学能，达到蓄热作用，使室内保持较低温度。晚上，它能将化学能转化为热能放出，使室内保持一定的温度。这种作用是利用了 反应的原理（用化学方程式表示） 。（3）在一条食物链中，生产者所固定的全部太阳能为 105kJ，若能量传递效率为10%，那么三级消费者能同化的能量约为 。（4）

26、某海湾共占面积 1.0107m2，涨潮时水深 20m，此时关上水坝闸门，可使水位保持 20m不变，退潮时，坝外水位降至 18m，假如利用此水坝建水力发电站，重力势能转变为电能的效率是 10%，每天有两次涨潮，该电站一天能发多少电？（5）目前世界上最看好的新能源技术是受控热核聚变技术，即“海水变汽油” ，被称为“彻度解决世界能源问题的技术” 。受控热核聚变的原料是氢的同位素氘和氘，可取自海水，目前此实验利用的是氢的同位素氘 D和氘 T在特定的高温和约束的条件下进行的受控热核聚变反应，聚变成氦原子核（He） ，并释放出巨大能量。计算通过受控热聚变反应合成一个氦原子核时所放出的能量。 （已知mD=2

27、.013553u,mT=3.10662u,mn=1.008665u,lu=1.6610-27kg）若汽油的燃烧值 q=4.7107J/kg，则此核聚变合成 1kg氦时，所释放出的能量相当于多少吨汽油燃烧的热量？（已知氦核摩尔质量为 4.00g/mol，阿伏加德罗常数为NA=6.021023/mol）【解析】 （1）根据能量的转化为守恒知，2molH 2与 1molO2反应生成 2mol液态水放出的热量等于相同条件下先生成气态水，再转变为液态水所放出的能量，即Q=483.6kJ+36g2.444kJg-1=571.6kJ（2）化学方程式：Na 2SO410H2O Na2SO4+10H2O-Q（3

28、）三级消费者同化的能量，为生产者的固定能量的（10%） ，即 105kg（10%）3=100kJ（4）根据能量转换，该电站所能获得的能量=2mgh=2Shgh=2Sgh 2=21.010 7m2103kgm-310Nkg-1(20m-18m)210%=81010J（5）根据核聚变反应： H+ H He+ n，在发生热核反应时导致质量亏损，所亏2134210损的质量又以能量的形式放出，依据爱因斯坦质能转换方程得 E=mc 2=(2.013553u+3.106621u-4.002605u-1.008665u)1.6610-27kg/u(3108m/s)2=1.62710-11J合成 1个 He时放

29、出 1.62710-11J，合成 1molHe时放出 9.79451012J，合成 1kgHe时放出 9.79451012J=2.4491015J，相当于汽油的量为：g40=5.2107kg=5.2104tkJ/107.925【说明】 随着化石燃料的日益减小，能源问题已日益受到关注。该题以能源为线索，将太阳能、潮汐能、核能、化学能巧妙地组合在一起，着重考查了考生的综合分析能力和逻辑思维能力。【例 12】 （1）1791 年，米被定义为：在经过巴黎的子午线上，取从赤道到北极长度的一千万分之一。请由此估算地球的半径 R0（答案保留 2位有效数字） 。（2）太阳与地球间距离为 1.51011m，太阳

30、光以平行光束入射到地面。地球表面 2/3的面积被水面所覆盖，太阳在一年中辐射到地球表面水面部分的总能量 W约为1.871024J。设水面对太阳辐射的平均反射率为 7%，而且将吸收到的 35%能量重新辐射出去。太阳辐射可将水面的水蒸发（设在常温、常压下蒸发 1kg水需要 2.2106J的能量） ，而后凝结成雨滴降落到地面。估算整个地球表面的年平均降雨量（以毫米表示，球面积为 4R 2） ；太阳辐射到地球的能量中只有约 50%到达地面，W 只是其中的一部分。太阳辐射到地球的能量没能全部到达地面，这是为什么？请说明两个理由。【解析】 （1）2R =1.0010741R=6.3710 6m（2）设太阳

31、在一年中辐射到地球水面部分的总能量为 W，W=1.8710 24J凝结成雨滴年降落到地面水的总质量为 m，m=W0.930.65/(2.2106)=5.141017kg使地球表面覆盖一层水的厚度为 hh=m/S 地球 =1.01103mm整个地球年平均降雨量约为 1103mm。大气层的吸收，大气层的散射和反射，云层遮挡等。【说明】 本题是上海市 2001年高考原题，也体现了物理知识与地球等学科知识的综合，充分说明学科间综合题是高考试卷发展的主要方向之一。原子能的和平使用、放射性物质的特性、航天技术等知识已不再只属于专业人员才需掌握的知识，而应是当今社会广泛关注、更需普及的热点和重点问题，多学科

32、知识的综合是必然趋势，下面是就这些方面的例举。【例 13】 建材中的放射性物质衰变为生成具有放射性的氢气，会导致肺癌。（1）建材中含量最多的钋 222（ Po）发生 次 衰变生成氢284222（ Rn） 。284（2）氡气致癌是由于氡气的（ ）A.电离作用 B.穿透作用 C.物理化学作用 D.生物化学作用（3）正常细胞恶变为癌细胞的原因（ ）A.基因突变 B.基因重组 C.基因互换 D.染色本变异（4）降低居室中放射性污染的方法（ ）A.勤开窗户通风透光 B.利用其他元素进行中和C.加热放射性物质 D.不用放射性超标材料【解析】 （1）由核反应有关知识 Po发生 2次 衰变生成 Rn。284

33、284（2）氡气致癌是由于氡气的物理化学作用引起的。（3）由生物学知识可知，正常细胞恶变为癌细胞原因是基因突变。（4）降低居室中放射性污染的方法应选 A、D。答案：（1）2 （2）C （3）A （4）A、D【说明】 本题是物理、化学、生物交叉综合题，主要考查放射性引起的环境污染及环境保护的内容，涉及到核反应、基因突变、致癌作用机制、预防方法等知识。【例 14】 2000年 8月 12日，俄罗斯“库尔斯克”号多功能核动力潜艇在巴伦支海海域沉入海底，艇上 118名官兵全部亡命海底。消息传出，全世界震惊。（1）核潜艇的动力来源是（ ）A.放射性元素衰变释放的能量 B.重金属放出的化学能C.重核裂变放

34、出的核能 D.轻核聚变放出的核能在巴伦支海，几十年来，人们在那里倾泻了不少核废料，这些核废料占沉没到全球海洋全部核物质的 。前苏联的一艘核潜艇“共青团员”在 1989年沉没此海的 1600m深处，32已开始释放核物质，在科拉半岛上有 100多艘已退役的核潜艇停泊在港口，部分开始泄漏核燃料， “库尔斯克”号的沉没再次引起人们的恐慌。（2）核废料对海洋环境将长期引起污染作用，其原因是（ ）A.铀和钚衰变速度很快 B.核废料存在放射性C.核废料半衰期很长 D.核废料中的重金属有毒（3）核物质的放射性导致海洋生物发生变异，放射性导致生物体的（ ）A.细胞灼伤 B.基因突变C.基因互换 D.基因重组（4

35、）放射性对生物体造成损失，其物理机制是（ ）A.热作用 B.电离作用C.穿透作用 D.物理化学作用【解析】 （1）C （2）B、C、D （3）B （4）D【说明】 本题以震惊世界的“库尔斯克”号沉没这一社会热点，考查学生关注社会、关注环境的意识。本题涉及到物理上核反应、放射性、半衰期，生物学上的基因突变等知识，考查学生运用多学科知识分析环境污染产生的原因及危害。本题以物理学中原子物理有关知识为突破口，结合其他学科知识综合解决，学生凭借自己的优势学科选择切入点。【例 15】 放射性在技术上有很多应用，不同的放射源可用于不同目的。下表列出了一些放射性同位素的半衰期和可供利用的射线。同位素 辐射线

36、半衰期钋 210 138天镅 241 433天锶 90 28年锝 99 6小时钴 60 5年对于以下几种用途，分别应选取表中哪一种放射性元素做放射源？（1）塑料公司生产聚乙烯薄膜，方法是让厚的聚乙烯膜通过轧辊被轧薄。利用适当的放射线来测定通过轧辊后的薄膜厚度是否均匀。（2）使放射源和探测器间相隔很小一段距离，若它们间空气中的烟尘浓度大于某一设定的临界值，探测器探测到的射线强度将比正常情况下小得多，从而可通过自动控制装置，触发电铃来预防火灾。（3）用放射性同位素做示踪原子，可用于诊断人体内的器官是否正常，方法是将放射性或口服这些物质。当这些物质的一部分到达要检查的器官时，可根据放射性同位素的射线

37、确定器官是否发生病变。（4）医生用放射性方法治疗肿瘤。【解析】 （1）测量聚乙烯薄膜厚度应采用锶 90辐射的 射线。 射线几乎不能穿过薄膜，因此无法测量薄膜厚度； 射线的穿透能力太强，薄膜厚一点或薄一点对 射线的穿透毫无影响，因此也无法测量薄膜厚度。只有 射线，只能穿过几毫米厚的铝箔，因此，薄膜的厚度变化会会造成 射线穿透量的明显变化，从而可确定所生产的薄膜是否均匀。（2）相距很近的放射源和探测器间的烟尘对 射线和 射线的穿透毫无影响。只有 粒子，在空气中只能飞行几厘米。因此，放射源和探测器间烟尘浓度的变化会对探测器接收到的 射线的强度有明显的影响。因此，应选择辐射 射线的放射源。另一方面，预

38、防火灾的装置应能在很长时间内稳定工作，因此，放射源中放射性元素的半衰期应比较长。综合上述两方面原因，应选用表中的镅 241作为放射源。（3）检查时，要在人体外探测到从体内辐射出来的射线，故 射线、 射线的穿透能力均不够，只有应用辐射 射线的放射源。另一方面，进入人体的放射性物质不应长期存在于人体中，因此，应选择半衰期短放射性同位素，检查以后，放射性可在短期衰减到可以忽略不计的程度。根据以下两个方向的要求，应选择表中的锝 99作为放射源。（4）治疗肿瘤时，放射源在人体外部，无需考虑残留的放射性元素对人体的危害，但应考虑穿透能力、工作的稳定性和为能杀伤肿瘤所需的射线强度，钴 60辐射的 射线能够满

39、足这些要求。再如机械运转时，因不断摩擦，可能产生有害的静电，可利用射线的电离作用来消除。这应利用能释放 射线的放射源。因为 射线的电离能力最强，能在空气中产生大量正、负离子，有效消除静电。除了辐射的 、 三种射线外，人工制造的放射性同位素也可以作为放射源而获得广泛的应用。【说明】 本题为原子物理内容在工农业生产日常生活等方面的实际应用，是应用类综合试题。这类问题在二轮复习中必须适度重视。【例 16】 1998年 6月，我国参与研制的陕西省阿尔法磁谱仪随美国发现号航天飞机升入太空，开始了探索宇宙中是否存在“反物质” （又称“暗物质” ）的研究工作。 “反物质”的主要特征是电子带正电荷，质子带负电

40、荷。物质跟其相应的反物质相遇后发生湮灭，所有的质量完全转化为能量。（1）试根据你所学过的知识推测制造阿尔法磁谱仪核心部件的材料是（ ）A.FeO B.Fe2O3 C.Fe3O4 D.Fe3O2（2）反物质中和反应的离子方程式为（ ）A.H-+OH+=H2O B.H+OH+=H2O C.H-+OH-=H2O D.H+OH-=H2O（3）画出氢离子的反物质原子结构示意图。（4）试计算 1g氢离子和 1g反氢离子发生湮灭后放出的能量。用这些能量点亮 100W的灯泡可点多少年？【解析】 （1）从题给信息可知，即阿尔法磁谱仪的名称中有一“磁”字，这是解本题的关键字，即制造该仪器的核心部件的材料应与磁性有

41、关，再结合从选答案和课本所学知识，Fe 3O4为磁铁矿的主要成分，它应与“磁”有关。应选 C。（2）因为反物质质子带负电，电子带正电，所以反物质氢离子为 H-、反物质氢氧根为 OH+。应选 A。（3）反氢离子和氢负离子在外表上虽相同，都可用 H-表示，但它们的内部组成是不同的。根据“反物质质子带负电、电子带正电”这一信息可知，物质和对应的反物质相当于镜中物、像关系，在原子结构示意图中反氢离子核电荷数前应加负号，H +核外无电子，反氢离子的核外也无电子。（4） “湮灭”是一个质量转化为能量的过程，它既不属于化学变化，也不属于核反应，是一种由质量直接且全部转化为能量的过程，由爱因斯坦的质能关系 E=mc2，可求得放出的能量 E=210-3(3108)2=1.81014(J)。这些能量点亮 100W的灯泡的时间为=2.055108（年） 。36524108.1【说明】 本题以物质、反物质这一前沿科学所涉及的化学知识为题设情景，考查了学生是否能打破思维定势，避开以前所学知识对题目信息中所学知识的干扰，充分体现了试题对学生能力的考查功能。试题新，应用知识的跨度大。物理学科的原子物理部分很容易与现代科技有关内容形成综合知识，要求考生在熟练掌握书本内容的基础上更多地接触与该内容相关的课外阅读内容，扩大视野，开发思路。