“众里寻他千百度,那人却在灯火阑珊处”.doc

“众里寻他千百度，那人却在灯火阑珊处”高考物理信息题的解题指导李拥军江西省吉水二中331600 2009年天津理科综合物理考试时出现了一道比较好的考题：2008年12月，天文学家们通过观测的数据确认了银河系中央的黑洞“人马座A*”的质量与太阳质量的倍数关系。研究发现，有一星体S2绕人马座A*做椭圆运动，其轨道半长轴为9.50×102天文单位（地球公转轨道的半径为一个天文单位），人马座A*就处在该椭圆的一个焦点上。观测得到S2星的运行周期为15.2年。 （1）若将S2星的运行轨道视为半径r=9.50×102天文单位的圆轨道，试估算人马座A*的质量MA是太阳质量Ms的多少倍（结果保留一位有效数字）。 （2） 黑洞的第二宇宙速度极大，处于黑洞表面的粒子即使以光速运动，其具有的动能也不足以克服黑洞对它的引力束缚。由于引力的作用，黑洞表面处质量为m的粒子具有势能为Ep=-G（设粒子在离黑洞无限远处的势能为零），式中M、R分别表示黑洞的质量和半径。已知引力常量G=6.7×10-11N·m2/kg2，光速c=3.0×108m/s，太阳质量Ms=2.0×1030kg，太阳半径Rs=7.0×108m，不考虑相对论效应，利用上问结果，在经典力学范围内求人马座A*的半径RA与太阳半径之比应小于多少（结果按四舍五入保留整数）。 点评：本题考查天体运动的知识。其中第2小题为信息题，如“黑洞”、“引力势能”等陌生的知识都在题目中给出了，考查学生提取信息、处理信息的能力，体现了能力立意。 解析：（1）S2星绕人马座A*做圆周运动的向心力由人马座A*对S2星的万有引力提供，设S2星的质量为mS2，角速度为ω，周期为T，则： G=ms2ω2r ω= 设地球质量为mE，公转轨道半径为rE，周期为TE，则： G=mE（ ）2rE 合上述三式得： =（）3（）2 式中TE=1年 rE=1天文单位 代入数据可得 =4×106。 （2）引力对粒子作用不到的地方即为无限远，此时粒子的势能为零。“处于黑洞表面的粒子即使以光速运动，其具有的动能也不足以克服黑洞对它的引力束缚”，说明了黑洞表面处以光速运动的粒子在远离黑洞的过程中克服引力做功，粒子在到达无限远之前，其动能便减小为零，此时势能仍为负值，则其能量总和小于零，则有 mc2-G <0 依题意可知R=RA，M=MA 可得RA< 代入数据得RA1.2×1010m 即可得 <17。 从这里我们可以发现，这种信息题不同于一般的理论联系实际问题，它多以当今社会热点和最新科技动态为立意背景，在题设中给出解题所需的新知识、新情境、新方法等新信息。这些信息对于学生来说高度陌生，解题时，学生现学现用，要求学生独立完成现场学习、接受新信息、将信息进行有效提炼、联想、类比等处理，并与原有知识衔接，进而迁移解决问题，着重考查了学生临场阅读、提取信息和进行信息加工、处理，以及灵活运用基本知识分析和解决问题的能力。所以提高这种信息题分析和解决的能力是新课标物理高考的需要，也是素质教育的重要组成部分。 要解决好这种题，应当引导我们的学生平时做好以下准备工作: 1.认真学好基本知识、基本概念，牢牢掌握物理规律，是求解信息题的基础。 一些信息题表面上看题目很长，但这些问题的物理实质、物理模型往往较简单，大部分文字只是基于对生活背景和科技事件的完整性、严密性的必要表述，涉及科技实例的信息题往往起点很高，但其落点往往较低，只需用学过的物理知识即可顺利解决。 2.认真学好课本中的一些典型物理模型。 如上述试题中日地能量辐射模型，实际上就是一个天体运动的物理模型。物理模型是建立物理概念和规律、研究自然科学问题的常用方法。我们要了解一些重要模型的建立过程，如质点、点电荷、自由落体运动、碰撞、原子核式结构模型等，了解在建模过程中的研究方法和物理思想，这些方法和思想会对具体建模提供主要的思路。此外，还要做一些必要的综合题，进一步培养、训练建模能力。 3.关注生活，关注社会的热点、焦点问题，增加课外阅读。 如科普刊物、报纸和电视的科技栏目，特别是有关高新科技的报道分析，了解一些科学新实验的原理和方法，了解其对未来社会可能产生的影响，如光纤通信、纳米材料、