高考物理STS试题赏析

STS是科学science、技术Technology、社会society三个单词的第一个字母的缩写.物理学作为自然科学中的一门基础学科，它和自然现象以及生产、生活是紧密相联的，科学的发展、技术的进步以及一些重大社会问题的解决都离不开物理知识.近年的高考题中出现了不少与社会生活和科学技术发展相联系的试题.这类试题“立足物理学科，反映科技进步，阐释实际生活，透视社会热点”，选材灵活，立意新颖，要求考生对试题所展示的实际情景进行分析、判断，弄清楚物理情景，抽象出物理模型，然后运用相应的物理知识解答.它能较好对学生进行能力考查，同时引导学生关注身边发生的事情，关注科技进步和社会发展.随着新课程改革，“STS”试题将成为高考试题中不可或缺的一类题型.下面对2013年全国各省市高考卷中这类问题进行分类赏析，以期对物理教学和高考备考能有所帮助和启发.

一、与日常生活有关的问题

例1(重庆卷第1题)如图1所示，某人静躺在椅子上，椅子的靠背与水平面之间有图1固定倾斜角θ.若此人所受重力为G，则椅子各部分对他的作用力的合力大小为().

A．G B．Gsinθ

C．Gcosθ D．Gtanθ

解析本题以人躺在椅子上这一情境考查受力分析和平衡条件的应用. 以人为研究对象进行受力分析，他受到竖直向下的重力和椅子对他竖直向上的合力而处于静止状态.由人受力平衡可知：椅子各部分对他的作用力的合力大小与重力大小相等，故选项A正确．

例2(安徽卷第18题)由消防水龙带的喷嘴喷出水的流量是0.28 m3/min，水离开喷口时的速度大小为163m/s，方向与水平面夹角为60°，在最高处正好到达着火位置，忽略空气阻力，则空中水柱的高度和水量分别是（）（重力加速度g取10 m/s2）

A．28.8m1.12×10-2m3

B．28.8m0.672m3

C．38.4m1.29×10-2m3

D．38.4m0.776m3

解析本题利用消防背景考查斜抛运动相关规律的应用.水离开喷口时竖直分速度为v=vsin60°=24 m/s，在竖直方向上升的高度H=v22g=28.8m，水离开喷口到达着火位置所用时间为t=vg=2.4 s，空中水柱的水量为V=Qt=0.2860×0.24m3=1.12×10-2m3.正确选项：A

例3(全国大纲卷第21题)在学校运动场上50 m直跑道的两端，分别安装了由同一信号发生器带动的两个相同的扬声器．两个扬声器连续发出波长为5 m的声波．一同学从该跑道的中点出发，向某一端点缓慢行进10 m，在此过程中， 他听到扬声器声音由强变弱的次数为().

A．2B．4C．6D．8

解析本题以生活中广播的声音考查根据波的叠加规律，波程差为波长整数倍的点振动加强，波程差为半波长奇数倍的点振动减弱，因此，相邻的振动加强点(或振动减弱点)的波程差相差一个波长，向某一端点行进10 m时，该点距两个端点的波程差为(25＋10)m－(25－10)m＝20 m，为波长的4倍，这样听到由强变弱的次数总共为4次.选项B正确．

点评盛夏中人躺在椅子上乘凉，消防水带向外喷水，操场上两个喇叭声音的加强与减弱.这些都是生活中再平常不过的事情，但这其中就蕴含了许多物理基础知识.我们在平时的物理教学中就要引导学生多关注生活中的点点滴滴，多从物理的角度去思考生活中的问题，真正体现“从生活走向物理，从物理走向社会”这一理念.那么，学生在解决这一类问题就能如鱼得水，游刃有余.

二、与社会热点事件有关的问题

例4(全国新课标卷1第20题) 2012年6月18日，神州九号飞船与天宫一号目标飞行器在离地面343 km的近圆轨道上成功进行了我国首次载人空间交会对接.对接轨道所处的空间存在极其稀薄的空气，下面说法正确的是().

A.为实现对接，两者运行速度的大小都应介于第一宇宙速度和第二宇宙速度之间

B.如不加干预，在运行一段时间后，天宫一号的动能可能会增加

C. 如不加干预，天宫一号的轨道高度将缓慢降低

D.航天员在天宫一号中处于失重状态，说明航天员不受地球引力作用

解析我国航天事业近年迅猛发展，“神舟”、“嫦娥”、“北斗”，几花齐放，以相关背景知识进行命题层出不穷.本题考查万有引力定律、卫星的运动、第一宇宙速度、机械能、失重等基础知识点，意在考查考生应用相关知识定量分析物理问题，解决问题的能力.为实现对接，两者运行速度的大小都小于第一宇宙速度，选项A错误.如不加干预，在运行一段时间后，天宫一号的机械能减小，天宫一号的轨道高度将缓慢降低，重力做功，动能可能会增加，选项BC正确.航天员在天宫一号中处于失重状态，但是航天员仍受地球引力作用，选项D错误.答案：BC

例5(新课标卷1第21题)2012年11月，“歼15”舰载机在“辽宁号”航空母舰上着舰成功.图2图(a)中是利用阻拦系统让舰载机在飞行甲板上快速停止的原理示意图.飞机着舰并成功钩住阻拦索后，飞机的动力系统立即关闭，阻拦系统通过阻拦索对飞机施加一作用力，使飞机在甲板上短距离滑行后停止.某次降落，以飞机着舰为计时零点，飞机在t=0.4 s时恰好钩住阻拦索中间位置．其着舰到停止的速度一时间图线如图(b)所示.假如无阻拦索，飞机从着舰到停止需要的滑行距离约为1000 m.已知航母始终静止．重力加速度的大小为g，则().

A.从着舰到停止，飞机在甲板上滑行的距离约为无阻拦索时的1/10

B.在0.4 s～2.5 s时间内，阻拦索的张力几乎不随时间变化

C.在滑行过程中，飞行员所承受的加速度大小会超过2.5 g

D.在0.4～0.5 s时间内.阻拦系统对飞机做功的功率几乎不变

图2解析本题以我国“歼15”舰载机在“辽宁号”航空母舰上着舰成功为背景考查相关运动学问题.设着舰时舰载机的速度为v,无阻拦索时舰载机加速度大小为a,所以a=v22x1=7022×1000=2.45 （m/s2），速度一时间图线面积表示位移，从着舰到停止飞机在甲板上滑行的距离x2=70×0.4-12×2.45×0.42+70-2.45×0.4+102×2.1+12×10×0.5=113.28 （m）,A选项正确； 0.4 s～2.5 s时间内舰载机做匀减速直线运动，阻拦索的张力的合力一定，阻拉索之间的夹角变小，阻拉索的张力变小，B选项错误；0.4 s～2.5 s时间内飞行员所承受的加速度大小a=70-2.45×0.4-102.1m/s2=28.1m/s2，C选项正确；0.4 s～2.5 s时间内，由P=Fv知，阻拦索对飞机做功的功率减小，D错误.答案：AC

例6(四川卷第9题)近来，我国多个城市开始重点治理“中国式过马路”行为.每年全国由于行人不遵守交通规则而引发的交通事故上万起，死亡上千人.只有科学设置交通管制，人人遵守交通规则，才能保证行人的生命安全.

如图3所示，停车线AB与前方斑马线边界CD间的距离为23 m.质量8 t、车长7 m的卡车以54 km/h的速度向北匀速行驶，当车前端刚驶过停车线AB，该车前方的机动车交通信号灯由绿灯变黄灯.

图3(1)若此时前方C处人行横道路边等待的行人就抢先过马路，卡车司机发现行人，立即制动，卡车受到的阻力为3×104N.求卡车的制动距离；(2)若人人遵守交通规则，该车将不受影响地驶过前方斑马线边界CD.为确保行人安全，D处人行横道信号灯应该在南北向机动车信号灯变黄灯后至少多久变为绿灯？

解析“中国式过马路”在过去的一年引起持续的热议，以此为背景命题也不足为怪了.已知卡车质量m=8t=8×103kg、初速度v0=54 km/h=15 m/s.

（1）从制动到停车阻力对卡车所做的功为W，由动能定理有：W=-12mv20 ①

已知卡车所受阻力f=-3×104N，设卡车的制动距离为s1，有W=fs1 ②

联立①②式，代入数据解得s1=30 m③

（2）已知车长l=7 m，AB与CD的距离为s0=23 m.设卡车驶过的距离为s2,D处人行横道信号灯至少需经过时间Δt后变灯，有

s2=s0+l ④

s2=v0Δt ⑤

联立④⑤式，代入数据解得Δt=2s ⑥

图4例7(浙江卷第19题)如图4所示，总质量为460 kg的热气球，从地面刚开始竖直上升时的加速度为0.5 m/s2，当热气球上升到180 m时，以5 m/s的速度向上匀速运动.若离开地面后热气球所受浮力保持不变，上升过程中热气球总质量不变，重力加速度g=10 m/s2.关于热气球，下列说法正确的是().

A．所受浮力大小为4830 N

B．加速上升过程中所受空气阻力保持不变

C．从地面开始上升10 s后的速度大小为5 m/s

D．以5 m/s匀速上升时所受空气阻力大小为230 N

解析2013年2月26日埃及热气球爆炸致19名游客遇难，其中包括9名香港同胞.本题便以此为背景考查了动力学相关知识.对初始状态F浮-mg=ma，则所受浮力大小为4830 N，A对；上升过程空气阻力不断增大气球的加速度逐渐减小，B错；由于气球初始阶段为变加速运动无法确定开始上升10 s后的速度大小，C错；以5 m/s匀速上升时F浮-mg=F阻，F阻=230 N，D对.答案：AD

点评“神九”与“天宫一号”交会对接； “歼15”在我国首艘航母“辽宁号”上着舰成功； “中国式过马路”；埃及热气球事件……去年高考以后发生的这一系列事件都曾在一段时间内引起全国乃至全世界的关注与热议，这些事件中的物理问题肯定也会被命题者充分运用起来.不难预见，对于刚刚在“神十”上进行的太空授课相关的问题将频频出现在各地的训练题甚至高考试题中.还有哪些事件，我们要随时关注并合理利用.

三、与体育、游乐设施有关的问题

例8(天津卷第 2题)我国女子短道速滑队在今年世锦赛上实现女子3000 m接力三连冠.观察发现，“接棒”的运动员甲提前站在“交捧”的运动员乙前面，并且开始向前滑行，待乙追上甲时，乙猛推甲一把，使甲获得更大的速度向前冲出.在乙推甲的过程中，忽略运动员与冰面间在水平方向上的相互作用，则().

A．甲对乙的冲量一定等于乙对甲的冲量

B．甲、乙的动量变化一定大小相等方向相反

C．甲的动能增加量一定等于乙的动能减少量

D．甲对乙做多少负功，乙对甲就一定做多少正功

解析本题主要考察能量（做功正负判断）、动量（动量定理、动量守恒）相关知识.设甲乙两运动员的质量分别为m甲、m乙，追上之前的瞬间甲、乙两运动员的速度分别是v甲，v乙， 根据题意整个交接棒过程可以分为两部分： ①完全非弹性碰撞过程“交棒”；m甲v甲+m乙v乙=（m甲+m乙）v共.②向前推出（人船模型）“接棒” （m甲+m乙）v共=m甲v甲′+m乙v乙′.由上面两个方程联立可以解得：m甲Δv甲=m乙Δv乙，即B选项正确.经历了中间的完全非弹性碰撞过程 会有能量损失，C、D选项错误.答案：B

图5例9(江苏卷第2题)如图5所示，“旋转秋千”装置中的两个座椅A、B质量相等，通过相同长度的缆绳悬挂在旋转圆盘上. 不考虑空气阻力的影响，当旋转圆盘绕竖直的中心轴匀速转动时，下列说法正确的是().

A.A的速度比B的大

B.A与B的向心加速度大小相等

C.悬挂A、B的缆绳与竖直方向的夹角相等

D.悬挂A的缆绳所受的拉力比悬挂B的小

解析本题以游乐场常见的当“旋转秋千”为背景考查与匀速圆周运动相关知识.旋转圆盘绕竖直的中心轴匀速转动时，二者的角速度ω相等，由v=ωr可知，A的速度比B的小，选项A错误.由a=ω2r可知，选项B错误，由于二者加速度不相等，悬挂A、B的缆绳与竖直方向的夹角不相等，选项C错误.悬挂A的缆绳所受的拉力比悬挂B的小，选项D正确.答案：D

点评从最常见的田径、球类项目，再到近年新增的各种运动项目，每一种运动项目都包含了丰富的物理知识，因此，每年的高考题中都会出现一些与体育运动有关的试题，特别是在当年有重大体育事件的时候（比如2008年北京奥运会）.日益普及的大型游乐场所，里面的游乐设施也是物理命题的一个很好的资料来源，平时要引导学生在玩的过程中思考其相关物理问题.

四、与技术应用有关的问题

例10(广东卷第15题)喷墨打印机的简化模型如图6所示，重力可忽略的墨汁微滴，经带电室带负电后，以速度v垂直匀强电场飞入极板间，最终打在纸上，则微滴图6在极板间电场中().

A．向负极板偏转

B．电势能逐渐增大

C．运动轨迹是抛物线

D．运动轨迹与带电量无关

解析本题以喷墨打印机为背景考查带电粒子在电场中的运动.微滴带负电，所受电场力方向指向带正电荷的极板，故A错； 在电场力方向做初速为零的匀加速直线运动，故粒子动能增加，电场力做正功，电势能减小，B错； 不计重力的带负电微滴初速和恒定电场力垂直故轨迹为抛物线，C对； 由F=maF=EqU=Ed得：a=Uqmd可知粒子加速度和电量有关，加速度直接影响电场力方向上的加速运动，也会影响轨迹的，D错.答案:C

例11(浙江卷第15题)磁卡的词条中有用于存储信息的磁极方向不同的磁化区，刷卡器中有检测线圈，当以速度v0刷卡时，在线圈中产生感应电动势.其E-t关系如图7所示.如果只将刷卡速度改为v0/2，线圈中的E-t图关系可能是().

图7解析本题以刷卡机为背景考查电磁感应相关知识.如果只将刷卡速度改为v0/2，产生的感应电动势减小为原来的1/2，刷卡时间增大为原来的2倍，线圈中的E-t关系可能是D.

答案：D

点评物理的发展影响着科技的进步，同时物理作为一门实验学科，要求学生要了解一些简单设备的工作原理.喷墨打印机、pos机，看到这些仪器设备，学生是否有了解其简单工作原理的兴趣呢？在平时的实验教学中可以多引导学生看实验仪器的说明书，而不要自己急着把一个仪器的工作原理全部教给学生.这样，在生活中学生接触一些比较简单仪器设备时就会下意识地去思考其工作原理，进而想办法获取相关的物理知识.

从上面选取一部分高考STS试题来看，这其中的很多素材都是我们平时所关注或天天打交道的.教师在教学或备考过程中可以进行一些相应的针对训练：比如培养学生的读题能力，筛选信息的能力，物理建模的能力，甚至可以拿出一个情境让学生结合所学知识自己来命制题目.训练到位的话，学生对一些题会觉得只是“新瓶装旧酒”，解决起问题来也就轻松多了.(收稿日期：2014-01-01)