[大综合]专题六 现代科技.doc

专题六 现代科技20世纪以来，科学技术的发展与进步对人类的生活和生产劳动产生了巨大影响，特别是第二次世界大战之后，像原子核能的开发与利用、半导体技术与计算机技术的发展、人造卫星的发展、光纤通讯技术、超导的研究等高新科学技术的发展，大大推动了社会的发展，不断地改变着人们传统的生活、生活方式和观念。 现代高科技领域是高考物理命题取之不尽的材料库，如：卫星登陆、黑洞探寻、暗物质和宇宙起源、探索反物质、太阳同步轨道等问题。该类试题往往以信息给予的方式命题，解题关键是对题目正确分析，忽略次要因素，将其抽象为简单的物理模型，将新科技问题化为物理问题，然后用所学的物理知识求解。可培养学生思维的创造性、严密性、批判性，检验学生的抽象思维能力。高新科技，虽然“高且新”，然而同样是依赖于我们熟悉的基础知识，命题往往以我国及世界上重大科技成果为素材，一般具有“起点高，落点低”的特点，因此在处理这类问题时应做到“不要紧张，仔细分析，逐步解决。”【本专题涉及的物理基础知识】1.激光及其应用：光学基础（干涉、衍射、光电效应），激光的性质及应用2.电磁波及其应用：电磁场理论、电磁波的传播、电视、雷达、通讯3.纳米科技：4.地磁场及其应用：地磁场分布、磁感线、生理反应等 【一. 激光】1. 激光的特性及应用原子发光有两种情形：一种是自发辐射，一种是受激辐射。自发辐射时，各个原子发出的光子是向四面八方辐射的，它们的频率、初相和偏振方向互不相同，而且每个原子每次发光持续的时间很短，下一次发光又会发出跟前一次不同的光子，因此这些光叠加不会产生稳定的干涉图样，这种光是自然光，这就是普通光源发光的情形。原子发光还有另一种情形，就是当原子处于激发态E2时，如果恰好有能量h=E2-El的光子从附近通过，在入射光子的电磁场的影响下，原子会发出一个同样的光子，而跃迁到低能级E1去，这种辐射叫做受激辐射，受激辐射的光予跟入射光子没有任何区别，这样，一个入射光予由于引起受激辐射就变成了两个同样的光子，同理可产生更多的相同的光子，使光得到加强，这就是激光。也就是说，由于受激辐射而得到加强的光就是激光。 激光的特点：亮度高、方向性好(平行度好)、单色性好、相干性好。 2. 激光的应用：激光的亮度高、能量集中，可以用来焊接金属、打孔切割，用作“手术刀”。激光的方向性好，可用来测量距离、速度、轨迹，进行识别和自动跟踪。激光的单色性好、相干性好的特点，可以用光的干涉方法来精确地测量长度，检查零件的质量，进行全息照相。激光还可用来辐射种子，培育良种，控制化学变化，用于舞台布景、激光唱机等。【1】在特定的光谐振腔内，将原子从基态激发至相对稳定的激发态亚稳态，亚稳态的原子受激跃迁就可产生激光.激光的单色性佳、亮度高、方向性强、相干性好，在工业、信息、通信、医疗、科研各领域均有着十分重要的作用。1根据波尔理论，原子的能级是 (填:连续的、不连续).原子从高能级向低能级跃迁时将 (辐射、吸收)光子，该光子的频率由 决定。2将声音、图像等信息加载在激光上可通过光缆进行大容量、高质量的传输。光之所以能沿光纤传输是利用了光的 现象.在终端机将光信号转换成电信号时要利用光电效应现象，即 的现象。3解读VCD视盘的激光波长为780nm，而解读DVD视盘的激光波长为650nm.由红光的频率范围为3.94.81014Hz,黄光为5.05.21014Hz。可知，这两种激光分别是 【参考答案】1不连续的 幅射 两能量级的能量差2全反射 在光的照射下物体发射电子3红外线和红光【2】结合光学知识，回答下列问题：1有些动物在夜间几乎什么都看不见，而猫头鹰在夜间有很好的视力，其原因是：A不需要光线，也能看到目标 B自身眼睛发光，照亮搜索目标C可对红外线产生视觉 D可对紫外线产生视觉2用准分子激光器利用氩气和氟气的混合物产生激光，用于进行近视眼的治疗，用这样的激光刀对近视眼进行手术，手术时间短，效果好，无痛苦。关于这个治疗，以下说法中正确的是：A近视眼是物体在眼球中成像在视网膜的前面，使人不能看清物体B激光具有高度的方向性，可以在非常小的面积上对眼睛进行光凝手术C激光治疗近视眼手术是对视网膜进行修复D激光治疗近视眼手术是对角膜进行切削3有些动物在夜间几乎什么都看不到，而猫头鹰在夜间有很好的视力。根据热辐射理论，物体发出光的最大波长max与物体的绝对温度T关系满足：Tmax2.90103mK，若猫头鹰的猎物蛇在夜间体温为27，则它发出光的最大波长为 m，属于 波段。【参考答案】1C动物的眼睛要看清物体，必须要物体能发光或反射光线，而夜间没有可见光，但每个有温度的物体都要辐射红外线，要看清这些物体，眼睛必须对红外线产生视觉。2A、B、D激光手术是物理技术用于临床医学的最新的成果。人的眼睛是一个光学成像系统，角膜和晶状体相当于一个凸透镜，物体通过凸透镜成像在视网膜上，人就能看清楚物体。当角膜和晶状体组成的这个凸透镜的焦距比较小，物体成像在视网膜的前面时，人们不能看清楚物体，这就是近视眼。激光手术不是修复视网膜，而是对角膜进行切削，改变角膜的形状，使眼球中的凸透镜的焦距适当变大，物体经过角膜和晶状体后成像在视网膜上。39.7106 红外线【3】利用光电管产生光电流可实现自动控制和信号变换。1光电管由对阳极信用活泼的碱金属制成，原因是这些金属：A导电性好 B逸出功小 C发射电子多 D电子动能大2产生光电流，入射光必须具备的条件：A光强度足够大 B光频率足够大 C光波长足够大 D照射时间足够长【参考答案】1B 2B【4】隐形眼镜是一种直接贴在角膜表面的超薄镜片，可随着眼球的运动而运动，目前使用的软质隐形眼镜是由甲醛丙烯酸羟乙酯（HEMA）制成的，中心厚度只有0.05 mm。1近视眼患者戴的HEMA超薄镜片的边缘厚度应为 A小于0.05mm B等于0.05mm C大于0.05mm D任意值2根据医疗卫生，下列哪种情况不宜使用软质隐形眼镜 A近视 B远视 C散光 D角膜炎症【参考答案】本题综合医学卫生、透镜成像原理、化学材料等知识，目的是让同学们用学过的物理知识来解释生活中的现象。当一种新技术、新产品问世的时候，要全面了解其特性，对其有正确的分析和判断能力。1C 2D【5】地球上的“极光”：1出现在：A地球两极的白天 B地球两极的夜空 C赤道上空的白天 D赤道上空的夜空2形成的原因：A太阳光的色散 B太阳光的折射C太阳光的反射 D高速带电粒子碰撞稀薄的大气分子【参考答案】1B 2D【二. 光导纤维】是一种能传输光线的玻璃纤维，多为高纯度的石英玻璃（无机高分子材料），也有有机高分子纤维。光导纤维是由几至几十微米直径的内芯和0.10.2mm直径的外层构成。光通过光纤时，由于内芯玻璃的折射率较高，外层部分的折射率较低，使光线不能透过二者界面，而发生全反射，沿“之”字形向前传播。那么光纤通信是怎样进行的呢？光纤通信是先把声音转换成电信号，然后把它放大，再用电信号来控制激光器发光，这样激光器就把代表声音的电信号转换成相应的光信号，通过光纤把光信号传送到接收设备那一端，接收设备将光信号再转换成电信号，再放大送到听筒，就能听到跟发送时一样的声音。光纤通信具有许多突出的优点：a.容量大。现在用比两根头发丝还细的光纤，就可使几十万人同时通话而互不干扰。b.成本低廉。制造光纤用的基本材料是地球上到处都有的石英，原料易得，能节约大量宝贵的有色金属铜和铝。c.抗干扰能力强。光纤通信的质量好、稳定，不怕闪电打雷、不怕窃听、不怕潮湿和化学腐蚀。由于光纤通信具有这么多突出的优点，所以各国都在大力发展光纤通信。发达国家把发展光纤通信列为一项重要技术政策，国内长途通信干线及跨国、洲际海底光缆通信系统不断建成并投入使用。据统计现在世界上铺设的通信光纤总长已达1107多公里。我们有理由相信，随着科学技术的不断发展，光纤通信技术将会日趋完善，一定会在即将到来的信息社会中大显身手。【6】根据你对光导纤维的认识，回答以下问题。1光纤通信是一种现代化的通信手段。制造光导纤维的主要原料是：ACaCO3 BSiO2 CCaO DNa2CO32光导纤维传递光信号的物理原理是：A光的折射 B光的衍射 C光的干涉 D光的全反射【参考答案】1B 2D【7】光导纤维是非常细的特制玻璃丝，而且是由内芯和外套两层组成的，如果把光导纤维聚集成束，使其两端纤维排列的相对位置相同，这样的纤维束就可以传送图像。把要传送的信号调制到光波上，让光载着信号沿光导纤维传送出去，就可以实现光纤通讯，回答下列有关光纤通讯的问题：光纤通讯是一种现代化的通讯手段，制造光导纤维的主要原料是：A CaCO3 B CaO C SiO2 D Na2CO3光纤通讯应用的物理原理是什么？光导纤维在医学上应用的一个重要器材是什么？说出光纤通讯的突出优点。【参考答案】制造光导纤维的主要原料是SiO2；光纤通讯应用的物理原理是光的全反射现象，光导纤维在医学上主要应用是制成胃镜；光纤通讯的突出优点是能够同时传送大量信号，对信息的传输能力很大。本题光在介质中传播时的重要应用光纤通讯的材料，物理原理及其特点，把书本知识与现代科学技术有机地结合起来，有利于培养学生的综合应用的能力，说明；我国的光纤通讯近十几年来也得到了很大的发展，自80年代初到现在已先后开通了数十条光纤通讯线路，光纤产业已初具规模，目前正处于高速发展阶段。【三. 电磁波的应用】 电视：在电视发射端，由摄像管摄取景物并将景物发射的光转换为电信号。天线则把带有图像的电磁波发射出去。在电视接收端，天线受到电磁波后产生感应电流，经过处理后，还原为景物的像。(声音信号也同理) 雷达：雷达是利用无线电波测定物体位置的无线电设备。 电磁波如果遇到尺寸明显大于波长的障碍物就要发生反射，雷达就是利用电磁波的这个特性工作的，波长越短的电磁波，传播的直线性越好，反射性能越强，因此雷达用的是微波。雷达的天线可以转动，它向一定方向发射不连续的无线电波(叫做脉冲)，测出从发射无线电波到受到反射波的时间，就可以求得障碍物的距离，再根据发射电波的方向和仰角，便能确定障碍物的位置了。【8】电磁波发生明显衍射的条件是什么?为什么雷达波采用微波？【解析】当障碍物或孔的尺寸比电磁波的波长小或者与波长差不多时，发生明显的衍射因为微波的波长较短，不易发生衍射，电磁波的直线性和反射性较好【四. 纳米科技】 纳米在这里有两个含义：首先的是空间尺度的概念，一个纳米是一个微米的千分之一，约为人发丝直径的十万分之一，是几个原子的排列周期，是DNA双链分子直径的一半，这表明纳米科技系研究纳米尺度下的原子、分子现象，结构与功能的关系的一门综合性科技；另一个含义是思维方式的概念，即人类的科研、生产活动将向更小的尺度、更深的层次发展，例如从微米层次深入至纳米层次；生产对象可以越来越小、直至纳米级的原子、分子器件。 纳米技术是90年代初迅速发辰起来的新的前沿科研领域。它是指在1100纳米尺度空间内，研究电子、原子和分子的运动规律、特性和应用的高新技术学科。纳米科技的终极目标，是按人的意愿，操纵单个原子、分子构建纳米级的具有一定功能的器件或产品。显然纳米科技不只是纳米材料学，它还包括纳米生物学、纳米电子学、纳米机械学，是多学科交又研究的新领域。【9】21世纪新科技领域中，纳米技术正日益受到各国科学家的关注，回答下列问题：1纳米技术指在 水平上制造机械装置，目前这一技术尚处于幼年期，纳米是 单位，1nm等于 m，纳米科学与技术是研究结构尺寸在1至100nm范围内材料的性质和应用。2纳米科技是跨世纪新科技，将激光束的宽度聚焦到纳米级范围内，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纳米技术专家已经制造出直径只有0.076mm的电动机和只有分子那么大但却有运动臂的机械装置，说明纳米技术对人类生产和生活的主要作用。【解析】1纳米技术指在原子和分子水平上制造机械装置，纳米是长度单位，1纳米（nm）等于109m。2将激光束的宽度聚焦到纳米级范围内，可修复人体已损坏器官，对DNA分子进行超微型基因修复，这是利用了激光的高能量（亮度高）和方向性好的两个特性。选B和C。3利用纳米制造纳米机器，如用来清除动脉中脂肪的自推进微型外科手术刀舰队，有用来清理环境废物的自复制型纳米机器人等。纳米蚀刻机器将制造出更小的电阻器和电容器，使电子产品进一步微型化。纳米机器甚至可以用废料制造我们想要的任何物品或材料，从而增进人们的健康，清洁环境，甚至能根除地球上的饥饿和各种短缺。【五. 超导技术及应用】一. 超导技术及其应用 1.当温度下降到4.2K时发现水银的电阻完全消失，这种现象称为超导电性。如果把超导体放在磁场中冷却，则在材料电阻消失的同时，磁感应线将从超导体中排出，不能通过超导体，这种现象称为抗磁性。超导电性和抗磁性是超导体的两个重要特性。使超导体电阻为零的温度，叫超导临界温度。经过科学家们数十年的努力，超导材料的磁电障碍已被跨越，下一个难关是突破温度障碍，即寻求高温超导材料。 2.超导材料最诱人的应用是发电、输电和储能 由于超导材料在超导状态下具有零电阻和完全的抗磁性，因此只需消耗极少的电能，就可以获得10万高斯以上的稳态强磁场。而用常规导体做磁体，要产生这么大的磁场，需要消耗3.5兆瓦的电能及大量的冷却水，投资巨大。 超导磁体可用于制作交流超导发电机、磁流体发电机和超导输电线路等。 超导发电机几乎没有能量损失，单机发电容量比常规发电机提高510倍，达1万兆瓦，而体积却减少，整机重量减轻，发电效率提高50。磁流体发电机，是利用高温导电性气体(等离子体)作导体，并高速通过磁场强度为5万6万高斯的强磁场而发电。超导输电线路，把电力几乎无损耗地输送给用户。据统计，目前的铜或铝导线输电，约有15的电能损耗在输电线路上，光是在中国，每年的电力损失即达1000多亿度。若改为超导输电，节省的电能相当于新建数十个大型发电厂。3.超导有着广阔的应用前景：超导磁悬浮列车，利用于火车提速；超导计算机，运算速度大大提高。此外，科学家正研究用半导体和超导体来制造晶体管，甚至完全用超导体来制作晶体管。 二. 磁悬浮列车 中国乃至世界上第一条高速磁悬浮铁路商业运行线已在上海投入运营。什么是磁悬浮列车呢？ 1.高速磁浮列车是运用磁铁“同性相斥，异性相吸”的性质，使磁铁具有抗拒地心引力，即“磁性悬浮”。科学家将“磁性悬浮”这种原理运用在铁路运输系统上，使列车完全脱离轨道而悬浮行驶，成为“无轮”列车，时速可达几百公里以上。这就是所谓的“磁悬浮列车”。 2.超导磁悬浮列车利用超导材料的抗磁性，将超导材料放在一块永久磁体的上方，由于磁体的磁力线不能穿过超导体，磁体和超导体之间会产生排斥力，使超导体悬浮在磁体上方，这是列车的悬浮机制。电磁控制系统保证磁悬浮列车与轨道间约10mm的间隙，列车通过长定子同步直线电机来驱动和制动。定子线圈安装在线路两侧的下面，线圈中的电流产生一个运动磁场。在这个运动磁场的作用下，磁悬浮列车往前高速运行，这是列车的动力机制。由于避免了与轨道的直接接触，行驶速度也大大提高，其正常的运营速度可以达到每小时430公里。 3.磁悬浮列车的优点及存在的问题 磁悬浮列车速度快，是当今唯一能达到运营速度500公里/小时的地面客运交通工具；相对能耗低，易拐弯、能爬坡，选线灵活，适应能力强。噪音小，无污染，安全、舒适，维修少。 尽管磁悬浮列车技术有上述的许多优点，但仍然存在一些不足。断电后磁悬浮的安全保障措施，尤其是列车停电后的制动问题仍然是要解决的问题。常导磁悬浮技术的悬浮高度较低，因此对线路的平整度、路基下沉量及道岔结构方面的要求较超导技术更高。强磁场对人体与环境也有影响。【10】超导是当今高科技的热点，当一块磁体靠近超导体，超导体会产生强大的电流，对磁体有排斥作用，这种排斥力可使磁体悬浮空中，磁悬浮列车采用了这种技术。1 导体产生强大的电流，是由于：A.超导体中磁通量很大 B.超导体中磁通量变化率很大C.超导体电阻极小D.超导体电阻变大磁悬浮的原理是：A.超导体电流的磁场方向与磁体相同 B.超导体电流的磁场方向与磁体相反C.超导体使磁体处于失重状态 D.超导体产生磁力与磁体重力平衡【答案】C B、D【11】提高铁路运行时速是人们孜孜以求的，铁道部在2001年10月17日宣布，全国铁路新一轮提速的各项准备工作已经就绪，已于10月21日零时起，实施第四次大面积提速。这次提速涉及17个省市和9个铁路局，覆盖了全国主要大、中城市。 火车作为种先进的运输工具，最早出现在英国。1825年， 发明