专题三跨学科综合的热点分析

1、专题三 跨学科综合的热点分析高考趋势展望为适应教育改革的需要，高考模式的改革也在不断地进行和完善，以能力为立意，以科学知识为基础的“3+X”高考模式已成为新高考的趋势.尽管综合科目的试题目前仍以学科内知识综合为主，试卷仍处“拼盘”阶段，但随着高考改革的不断深入，学科间知识相互渗透的题目数量必将不断增加，因此，认真分析一下各学科间可能相互结合渗透的知识点，对适应新的高考是非常必要的，也是大有裨益的.知识要点整合物理、化学、生物都是以实验为基础的自然科学，三学科内容的基本原理均来自于实验.在实验的设计、操作、现象的观察与记录、数据的分析与处理等方面存在相同之处，可通过实验来解释自然现象，可通过图表

2、、图形、图象来总结规律.随着各学科内容的发展，三学科的内容已经互相渗透，学科内容之间的界限已变得越来越模糊.正是由于这些共性，使得理、化、生从学科内容到研究方法都存在着千丝万缕的联系.而这些知识和技能的结合点，正是跨学科综合测试题的考查热点.跨学科的综合试题一般来讲应出在理、化、生的知识结合点上，这些结合点粗看并不多，但若仔细推敲，可作为命题立足点的知识仍然层出不穷.若认真分析一下近几年的跨学科综合测试题，从中不难发现其命题的热点主要集中在备受社会广泛关注的焦点问题上.主要涉及到环境、能源、高新技术和人类健康四个方面.基于此，为做好明年的备考工作，希望大家对以下社会热点给予足够的重视.1.物理

3、和化学的知识结合点(1)运用静电学知识解释离子晶体、金属晶体的熔点、沸点高低以及离子半径大小的 比较.(2)恒定电流与原电池、电解、电镀间的相互渗透.(3)与摩尔概念相关的物理量在物理和化学中的应用.(4)光学知识与胶体化学的相互渗透.(5)物理学中的原子结构理论和化学中的核外电子排布的相互渗透.(6)放射性同位素及其综合应用.2.物理和生物的知识结合点物理和生物在研究方法上具有相同点，即宏观问题，微观解释.因此，这两个学科在知识渗透与交叉上，有以下几点应引起重视.1.人体循环系统中的三个有关物理问题的讨论与计算：(1)心脏做功问题.心脏是提供血液循环系统的中央泵.其构造和功能为生命科学问题，

4、但心脏的做功问题可用物理学中相关公式计算.(2)运用物理学中有关定律解释人体血管中有关血压问题.(3)动脉粥样硬化导致心脏做功增大问题，该问题可用物理学中的压强、功和能量等概念来解释.2.原子的放射性与食品的保藏、育种、治疗疾病等，是物理学和生物学交叉渗透的又一热点.3.生物学中眼球的构造和物理学中光学照相机原理的有关知识结合，涉及到的物理内容有折射率、凸透镜成像、眼睛视力的矫正、视觉与光子的联系等.4.自然界的能量与人类、动植物的生命活动有密切关系.能源是物理学与生物学联系的 纽带.精典题例解读例1（2002年春季理综，31）Fe是地壳中含量很丰富的元素，也是生物体所必需的元素.（1）自然界

5、中铁矿石主要有赤铁矿和磁铁矿.金属铁是在高炉中冶炼的，高炉炼铁除了加入铁矿石外，还需加入焦炭和石灰石.请填空：写出磁铁矿主要成分的化学式_.写出赤铁矿被还原成铁的化学方程式：_.写出焦炭在高炉中所参与反应的两个化学方程式：_.写出CaCO3所参与反应的两个化学方程式：_.（2）磁铁在电器中有广泛的应用，如发电机.如图3-1所示，已知一台单相发电机转子导线框共有N匝，线框长为l1、宽为l2，转子的转动角速度为，磁极间的磁感应强度为B，试导出发电机的瞬时电动势E的表达式.图3-1现在知道有一种强永磁材料钕铁硼，用它制成发电机的磁极时，磁感应强度可增大到原来的K倍.如果保持发电机结构和尺寸、转子转动

6、角速度、产生的电动势都不变，那么这时转子上的导线框需要多少匝？（3）铁是叶绿素生物合成过程中必需的元素，缺铁植株最明显的症状是叶片发黄，请问这一症状先出现在植株的幼叶还是老叶上？为什么？【解析】 （1）Fe3O4Fe2O3+3CO2Fe+3CO2（写成Fe2O3+3C2Fe+3CO也给分）C+O2CO2；CO2+C2CO；CaCO3CaO+CO2;CaO+SiO2CaSiO3（2）取轴Ox垂直于磁感应强度，线框转角为（如图3-2所示），线框长边垂直于纸面，点A、B表示线框长边导线与纸面的交点，O点表示转轴与纸面的交点.图3-2线框长边的线速度为 v=一根长边导线产生的电动势为·Bsi

7、n·l1，一匝导线框所产生的感应电动势为E1=l1l2BsinN匝线框产生的电动势应为EN=NE1=Nl1l2Bsint磁极换成钕铁硼永磁体时，设匝数为N，则有EN=Nl1l2KBsint由EN=EN可得N=（3）幼叶上.因为缺铁植株没有足够的铁供给新生幼叶，原先进入植物体的铁不易移动，所以不能转移到新生幼叶中再度被利用.小结：本题以人们生产、生活和生命中所常见和需要的元素铁为线索，将化学中的炼铁过程、物理中的发电过程和生物的生命活动有机地串联起来，组合成一道综合性较强的试题.但就每一小题的解答，仍是独立地应用某一学科的知识，所以仍属“拼盘”形式.尽管如此，由于一道题中含有多学科内容

8、，解题中要不断更换思维方式，处理起来仍有一定难度，平时做此适当的练习，还是有好处的.例2如图3-3所示，在标准状态下，光滑水平面上卧放一质量为M=19 kg的导热圆筒形气缸，内半径为10 cm，在气缸内放一盆蒸熟的含酒曲的糯米，质量为m=1 kg的活塞可在气缸内无摩擦滑动，且不漏气，封闭的气体中无氧气存在.开始时活塞与缸底的距离为10 cm，经较长时间后，发现活塞与缸底的距离变为20 cm（糯米体积改变忽略不计）求：图3-3（1）写出化学反应方程式，并简要说明理由.（2）产生多少克CO2？糯米的质量减少了多少克？（3）产生的CO2气体对外做了多少功？（4）在活塞向右移动的过程中，气缸向左移动了

9、多少距离？【解析】 （1）蒸熟糯米的主要成分是淀粉和水.淀粉在酶的作用下水解成葡萄糖，而葡萄糖在酒化酶的作用下作无氧呼吸而生成酒精和二氧化碳.反应方程式为：（C6H10O5）n+nH2OnC6H12O6C6H12O62C2H5OH+2CO2+能量（2）产生的二氧化碳气体使容器内的气体体积增大，增大的体积即为CO2的体积：V=R2L=3.14×12×13=3.14 L又在标态下CO2的质量为：m=(3.14÷22.4)×44=6.16 g而糯米减少的质量就是放出的CO2质量，也为6.16 g.（3）活塞缓慢向外推动空气，受到恒定的空气压力p0S，活塞相对气

10、缸右移L=0.1 m故对外做功W=FL=p0SL=1.013×105×3.14×0.12×0.1 J=314 J.（4）活塞向右移动的同时，气缸向左移动，系统水平方向动量守恒，设气缸移动速度为v1，距离为L1，活塞移动速度为v2，距离为L2则：Mv1=mv2Mv1t=mv2t即ML1=mL2亦即19L1=1L2又有：L1+L2=10 cm由得L1=0.5 cm小结：本题为化学和物理的综合题，主要考查了淀粉的水解、气体做功及动量守恒等知识点.例3飞行员驾驶飞机从俯冲状态往上拉时，会发生两次黑视，第一次因为血压降低，导致视网膜缺血，第二次是因为大脑缺血；问：

11、（1）血压为什么会降低？（2）血液在人体循环中所起的作用是什么？（3）为了使飞行员适应这种情况，要在如图3-4的仪器中对飞行员进行训练，飞行员坐在一个在竖直平面内做匀速圆周运动的舱内，要使飞行员受到的加速度a=6g，则转速需为多少？（R=20 m）图3-4【解析】 （1）当飞行员往上加速时，血液处于超重状态，故血液视重增大，心脏无法像平常一样运输血液，导致血压降低.（2）血液在循环中所起作用为提供氧气、营养，带走代谢所产生的废物.（3）由a向=R2=rad/sn=0.27 r/s17 r/min小结：本题为生物、物理综合题，考查了超重、匀速圆周运动、血液循环等知识点.例4有一种氢气燃料汽车，将

12、太阳能聚焦产生高温使水分解成H，然后以为汽车的能源，这样汽车的发动机在工作过程中只排出而不污染环境.试回答下列问题：(1)已知1 mol汽油(设汽油的成分全部以辛烷计)完全燃烧生成和液态水放热890.3 kJ，则1 g H2和1 g汽油分别燃烧后，放出的热量之比约是多少?(2)某汽车公司设计的一种以 为燃料的汽车，质量为6000 kg，阻力是车重的0.05倍，最大输出功率为60 kW，求：该汽车以a=0.5 m/s的加速度从静止起动，则匀加速过程可维持多长时间?其最大行驶速度是多少?若此车从武汉以最大速度匀速驶往距武汉300 km的南昌，设汽车发动机的效率为50%，求需要多少作燃料?【解析】

13、(1)辛烷燃烧时的热化学方程式为：（g）+（）（）（）. kJ则1 汽油完全燃烧放出的热量为：890.3÷1147.8 k由H完全燃烧生成液态水的热化学方程式：（）（）（）. kJ可知1 g H2完全燃烧放出的热量为：571.6÷142.75 kJ1 g H和1 g汽油完全燃烧放出的热量之比值为：142.75.18.3(2)汽车匀加速运动的过程是：W一定，F-F=ma，所以F也一定，而速度在增加，所以汽车的实际功率P=Fv也增大.当P增至额定功率时，匀加速过程结束.设匀加速过程时间为t.则：由牛顿定律得：F-F=ma 额定功率：P额=Fv 匀加速运动的末速度：v=at代入数

14、据解可得t=20 s当汽车继续加速时F减小，a减小，最终F=F时速度达到最大值.所以最大速度vmm/sm/s汽车从武汉到南昌牵引力做的功为：W=Fs=fs=0.05×××× × 汽车发动机消耗的总能量为：W总 .× 因为1 mol H完全燃烧放热285.8 kJ，所以发动机需消耗的为：m g.× . 小结：为拯救人类赖以生存的自然环境，“绿色汽车”工程已在全世界范围内展开，世界各大汽车公司都在争相研制各种新型无污染环保汽车，本题以物理知识为载体，融环境保护、热化学方程计算于一题，主要考查学生理论联系实际的能力.应用强化训练1

15、.家用微波炉是一种利用微波的电磁能加热食物的新型灶具，主要由磁控管、波导管、微波加热器、炉门、直流电源、冷却系统、控制系统、外壳等组成.接通电源后，220 交流经一变压器，一方面在次级产生. 交流对磁控管加热，同时在次级产生2000 V高压经整流加到磁控管的阴、阳两极之间，使磁控管产生频率为2450 的微波.微波输送至金属制成的加热器(炉腔)被来回反射，微波的电磁作用使食物内分子高频地运动而内外同时受热，迅速使食物变熟，并能最大限度地保存食物中的维生素.(1)导体能反射微波，绝缘体可使微波透射，而食物通常含有的成分是_，较易吸收微波能而转换成热.(2)在使用微波炉时应.用金属容器盛放食物放入炉

16、内加热器加热B.用陶瓷容器盛放食物后放入炉内加热器加热C.将微波炉置于磁性材料周围D.将微波炉远离磁性材料周围(3)试计算微波输出功率为700 的磁控管每秒内产生的光子数.(4)试计算变压器的升压变压比.【解析】 （1）（2）略（3）磁控管产生的微波（光子）频率v= 2450×106 Hz,所以每个光子能量E1 = hv= 6.63×10-34×2450×106 J= 1.6×10-24J所以磁控管每秒产生的光子数：n = = 4.4×1026(4)=【答案】 （1）蛋白质、糖类、脂肪、水、维生素、无机盐 （2）BD （3）4.4&#

17、215;1026(4)111002.如图3-5所示，电解AgNO3溶液时，在t=5 s内从阴极上析出m=1.12×10-3 g银.已知银的摩尔质量为=107.9 g/mol（用石墨作两电极）.求：（1）两电极发生反应的离子方程式及观察到的现象.（2）电流表的示数.（3）在10 s内通过电解液中心横截面OO的银离子的总质量.图3-5【解析】 （1）由电解原理，电解池阳极发生氧化反应，溶液中的OH-比NO3-容易失去电子，所以：4OH-4e=2H2O+O2.现象：在阳极周围有气泡冒出，阴极发生还原反应，Ag+比H+容易得到电子，所以Ag+e=Ag,现象：会看到阴极表面有白色的银覆盖.（2

18、）由Ag+e=Ag知，在5 s内，Ag得到电子的电荷量为：Q=NAe=×6.02×1023×1.6×10-19 C=1 C,即达到阴极的电子电荷量为1 C，故电流表示数I=0.2 A.（3）因电解液中的电流是由Ag+和NO3-共同定向移动形成的，而电解液中心横截面上有等量的Ag+和NO3-在移动，所以I=，Q1=Q2,所以通过的电量Q2=1 C，所以10 s内通过OO的Ag+的总质量m=1.12×10-3 g.【答案】 （1）阳极：4OH-4e=2H2O+O2,现象：有气泡冒出；阴极：Ag+e=Ag,现象：阴极表面有白色的银覆盖.（2）0.2

19、A (3)1.12×10-3 g3.如图3-6所示，某足球运动员在距球门11 m处罚点球，准确地从横粱下边沿踢进一球.横梁下边沿离地高h=2.4 m，足球质量m=0.6 kg.空气阻力不计，取g=10 m/s2.试回答下列问题：图3-6（1）该足球运动员在比赛进行中为补充水分，适宜喝A.高糖饮料B.高盐饮料C.优质矿泉水D.等渗饮料（2）该足球运动员血液中钙的含量过低，比赛中将会有_病理现象出现，医生建议他口服维生素_.（3）该运动员罚点球时，至少应传递给足球多少能量？（4）试计算足球飞到球门处需要多长时间.【解析】 （1）D （2）抽搐，D和钙片；（3）该足球的初速度为v，其水平分

20、量为v2，竖直分量为v1，则有：水平方向：11=v2t竖直方向：2.4=v1t-×10t2足球初动能：Ek=mv2=m(v12+v22)由可得：v12+v22=v22+24若要使Ek取极小值，必须（v12+v22）取极小值.因上式中前两项均为正，且这两项之积为常数，故这两项相等时，这两项的和最小，从而（v12+v22）最小.由v22=得：v22=所以Ekmin=(v12+v22)=m(2×v22+24)=×0.6×(2××+24) J=36.2 J（4）足球飞到球门所需的时间为：t=1.5 s【答案】 （1）D （2）抽搐，D和钙片

21、（3）36.2 J(4)1.5 s4.宇宙飞船的主要燃料叫“偏二甲肼”，已知该化合物的化学式为C2N2H8，又知偏二甲肼的分子中有一个氮原子不与氢相连，据以上内容回答下列问题：（1）偏二甲肼的结构简式为_.（2）此燃料燃烧时所用的氧化剂是N2O4，燃烧产物只有N2、CO2、H2O，在该反应中，氧化剂与还原剂物质的量之比为A.12 B.21C.34D.43（3）已知一个物体在飞船静止于地面时，重为32 N，飞船沿地球径向加速上升到一定高度时，加速度为5 m/s2，此时物重变为18 N.设地球表面的重力加速度g=10 m/s2，则此时飞船离地面的高度约为地球半径的几倍？（4）宇宙飞船上可以搭载作物

22、种子，从而培育高产新品种，我们把这种在太空中利用射线培育新品种的育种方法叫_.【解析】 （1）(CH3)2NNH2(2)B(3)G=mg,m=3.2 kg,G=mg+ma,18=16+3.2×g;g=5/8g/g=,h=3R地 (4)诱变育种.【答案】 （1）(CH3)2NNH2(2)B（3）3倍 （4）诱变育种5.如图3-7所示，玻璃容器内盛有200 g的KOH水溶液，溶质的质量占2%，A、B为两个铂电极，开始时开关S断开，电压表示数为6 V，闭合开关S，开始通电，电压表示数为4.8 V，经过8×104 s，断开S停止通电，溶液中溶质的质量占总数的2/55（阿伏加德罗常数

23、NA取6.0×1023 mol-1），求：图3-7（1）电源的电动势多大？（2）电源的内电阻多大？【解析】 在S断开时，电压表测量的是电源的路端电压，根据电路路端电压与外电阻的关系知道，开始时的路端电压就是电源电动势.现在玻璃容器内的KOH水溶液是电路的负载，当接通外接电源时A是电解池的阳极，发生的电极反应是：4OH-2e- 2H2O+O2,B是电解池的阴极，发生的反应是：4H+4e- 2H2，KOH水溶液因通电没有减少溶质KOH，只是消耗了水，从而使KOH水溶液中溶质的百分含量升高，由此可知，因通电溶液减少的质量就等于水减少的质量，从而可进一步由物质的迁移量找出转移的电量，求出通电

24、电流，最后求解.（1）S断开时路端电压值等于电源电动势，故E=6 V.（2）根据KOH水溶液导电过程的化学变化规律，溶液中减少的物质是水，减少量m=20-=9 g,即0.5 mol的水，因为电解1 mol水时有2 mol电子发生转移（1 mol的电子和1 mol正离子反向通过“导线”横截面），根据电流强度定义得：I=Q/t=ne·NA/t=12 A，根据全电路欧姆定律E=U+Ir,所以r=(E-U)/I=(6-4.8)÷12=0.1 .【答案】 (1)6 V (2)0.1 6.地球距太阳约为r=1.5×1011 m，地球半径约为R=6.4×106 m，到

25、达地球表面的太阳辐射能的几条主要去路是直接反射5.2×1016 J/s,水循环4.0×1016 J/s;大气流动3.7×1014 J/s，光合作用3.7×1014 J/s;以热能方式离开地球8.1×1016 J/s请根据以上数据：(1)计算地球对太阳能的利用率；（2）计算通过光合作用每年（按365天计算）有多少太阳能转化为化学能；（3）写出光合作用的总反应式；（4）光合作用为我们的生存环境每年除去了质量为M的二氧化碳气体，试根据能量关系列M的计算式，列式中缺少的数据用符号Q表示，并指出符号Q的含义；（5）估算太阳的辐射功率P.【解析】 （1）=

26、4.0×1016/(5.2×1016+4.0×1016+8.1×1016)=23.3%;（2）W化=3.7×1014×365×24×3600=1.2×1022 J;（4）设生成每 mol C6H12O6所储存的能量为Q，则每年由于光合作用生成C6H12O6的摩尔数为n=,每生成1 mol C6H12O6除去CO2的质量为（12+16×2）×6=26 kg= 0.264 kg，则每年除去CO2的质量为M=0.264 n=0.264×= kg；（5）以太阳为球心，以太阳到地球的距

27、离为半径作一大球，球面上的热功率即为太阳的热辐射功率.【答案】 （1）23.3% (2)1.2×1022 J（4）M= kg（Q表示每生成1 mol C6H12O6所储存的能量） （5）3.8×1026 J/s7.绿色植物在光合作用中，每放出一个氧分子要吸收8个波长为6.88×m的光量子，植物以葡萄糖的形式储存能量.普朗克常数h=6.63 ×·s，阿伏加德罗常数NA6.02×1023mol，试解答下列问题：(1)试计算绿色植物能量的转化效率.(2)若每公顷森林每天可产生730 kg氧气，则这种森林每天每公顷可储存多少能量?(3)如果上述过程中水为液体、葡萄糖为固体，其余物质为气体，用热化学方程式表示由和水通过光合作用生成葡萄糖和氧气的过程.若用含有示踪原子的水(218)，试在反应方程式中标出示踪原子18存在于哪种物质中?【解析】 (1)每生产1个氧分子吸收的能量为E×× .× h:普朗克常数 c:光速3×m/s ：光子波长 每吸收1个O储存的光能为： .×-19 绿色植物能量的转化率为：.(2)这种森林每公顷每天贮存的能量：× kJ.