熱點(diǎn)、聯(lián)系實(shí)際問題背景材料與例題分析(編輯修改稿)
2025-04-22 02:38 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 近10年諾貝爾獎的獲獎成果如下：從表上我們可以看到，獲獎的項(xiàng)目都是在現(xiàn)代科技的前沿領(lǐng)域（對微觀世界的探索、對宇宙的探索、對光電子、集成電路、超低溫狀態(tài)下的物理現(xiàn)象的研究）作出開拓性或突破性進(jìn)展的成果, 這些成果使人們對自然界的認(rèn)識更加深刻，使科技在某一方向跨上一個(gè)新臺階，對人類的生活、生產(chǎn)會產(chǎn)生巨大的影響。瑞典皇家科學(xué)院10月9日宣布，法國科學(xué)家阿爾貝費(fèi)爾和德國科學(xué)家彼得格林貝格爾共同獲得2007年諾貝爾物理學(xué)獎, 這兩名科學(xué)家先后獨(dú)立發(fā)現(xiàn)了巨磁電阻效應(yīng). 所謂巨磁電阻效應(yīng)，是指磁性材料的電阻率在有外磁場作用時(shí)較之無外磁場作用時(shí)存在巨大變化的現(xiàn)象. 諾貝爾物理學(xué)獎是高新科技的熱點(diǎn), 熱點(diǎn)問題可激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增進(jìn)其科學(xué)素養(yǎng).例6 2006年諾貝爾物理學(xué)獎的研究成果之一是發(fā)現(xiàn)了黑體結(jié)構(gòu). 具有一定溫度的物體能向外輻射電磁能量，同時(shí)也要吸收由其他物體輻射的電磁能量，如果它處在平衡狀態(tài)，則能量保持不變. 若不考慮物體表面性質(zhì)對輻射與吸收的影響，我們定義一種理想的物體，它能100％地吸收入射到其表面的電磁輻射，這樣的物體稱為黑體, 單位時(shí)間內(nèi)從黑體表面單位面積輻射的電磁波的總能量與黑體絕對溫度的四次方成正比，即，其中常量＝／m2K4． 在下面的問題中，把研究對象都簡單地看作黑體．(1)在上世紀(jì)６０年代人們就已知道宇宙微波背景輻射的存在，但針對這種宇宙大爆炸“余燼”的測量工作進(jìn)展十分緩慢, 大爆炸理論曾預(yù)測，微波背景輻射應(yīng)該具有黑體輻射特性，現(xiàn)今觀測的結(jié)果確認(rèn), 103 m, 求宇宙微波相應(yīng)的頻率為多少？(2)根據(jù)熱輻射理論, 黑體輻射微波的波長的最大值與黑體絕對溫度T 的關(guān)系近似如下：mK , 則發(fā)出宇宙微波的空間的絕對溫度約為多少K ？ (3) 約翰?馬瑟和喬治?斯穆特領(lǐng)導(dǎo)的1000多人研究團(tuán)隊(duì)首次完成了對宇宙微波背景輻射的太空觀測研究, 天文學(xué)家利用遙感技術(shù)測得某一天體XM的半徑R =2107 m, 表面溫度T =100K, 試計(jì)算天體XM表面每秒輻射的總能量為多少 ?(4) 天文學(xué)家對XM測量結(jié)果進(jìn)行分析計(jì)算后發(fā)現(xiàn)，宇宙微波背景輻射與黑體輻射非常吻合，從而為大爆炸理論提供了進(jìn)一步支持, 他們用鏡口內(nèi)半徑r =10m的天文望遠(yuǎn)鏡測得天體XM與地球的距離d =21017 m ,求：該天文望遠(yuǎn)鏡每秒可接收來自天體XM輻射微波的光子數(shù).(普朗克常量 h =1034 Js )解析：(1)據(jù)波速公式, 宇宙微波的頻率 Hz = 31011 Hz.(2) 據(jù) mK, 宇宙空間的絕對溫度 K = K. (3) 單位時(shí)間內(nèi)從天體XM表面單位面積輻射的總能量，則天體XM表面每秒輻射的總能量，其中S為太陽的表面積，又t =1s, 代人數(shù)據(jù)可求得： (2107)21 J = J． (4) 該天文望遠(yuǎn)鏡每秒可接收來自天體XM輻射微波的能量 J, 每個(gè)微波光子的能量J, 該天文望遠(yuǎn)鏡每秒可接收來自天體XM輻射微波的光子數(shù) 個(gè).答案：(1)31011 Hz (2) K (3) J (4)個(gè)點(diǎn)評：本題是一道新情景探究題，題目內(nèi)容是教材上沒有的，需要根據(jù)題供的信息從中抽象出物理模型，再進(jìn)行計(jì)算或討論, 本題考查學(xué)生應(yīng)用已學(xué)知識解決陌生問題的探究能力．物理《考試大綱》要求：“重視對考生科學(xué)素養(yǎng)的考查，要關(guān)注科學(xué)技術(shù)和社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展. 注重考查考生收集、處理信息和獲取新知識的能力”, 近年高考中以高新科技為背景的試題頻頻出現(xiàn), 這些新情景題通過文字?jǐn)⑹龌蚶脠D表、圖象和圖示提供信息，向考生提供較新的概念和相關(guān)公式，但解題方法仍是中學(xué)常見的基本方法.近年高考中已出現(xiàn)許多諾貝爾獎為背景的物理試題。如：2004年上海卷第11題中的掃描隧道顯微鏡是1986年諾貝爾物理學(xué)獎成果。2004年廣東卷中第13題以夸克為背景計(jì)算相鄰兩個(gè)夸克之間的靜電力，其中夸克模型是蓋爾曼在1964年提出的，因此他們獲得了1969年諾貝爾物理獎。2004年江蘇卷第7題中的電子中微子，江蘇卷第17題推導(dǎo)電子的比荷, 這些試題涉及到愛因斯坦、湯姆生獲得諾貝爾物理學(xué)獎的科研成果。對近年
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