如何面对应用性问题

　　中学物理与实际应用较为密切，物理知识的学习过程实质上是在理解学习中获取和处理实际问题过程的方法和思维形式。但是，现在的部分学生由于陷入“题海战术”，又由于缺乏从科学过程和思维形式升华到解决应用物理的变式训练，物理应用的意识薄弱，联系生产生活实践能力较弱，对他们今后进一步升学深造，踏入社会实践，均不利。而且，现在中考也很注重应用性的问题，提高我们解决实际问题的能力，是每一位中学生应该增强的能力。
　　那么，如何提高初中物理应用题解答能力呢？概括起来是这样几个方面：一、增强自信心，重视基础知识的训练，平时多注意身边的一些物理现象，多问几个为什么。尽量解决所提的问题，学会多请教别人。二、遇到应用性的试题时，要强化审题意识，找条件、深入理解关键字，尝试画物理模型（用符号或示意图来描述）。三、应用物理与物理概念问题有区别，应用题更贴近现实生活，数量关系显得分散隐蔽，应用的数学方法比较灵活，要求我们平时多注意数学知识的掌握。下面我们浅举几例，以便同学们对应用性问题有一个更深的认识，希望能对你们有所帮助。
　　1、 如图甲是HG2002型台式饮水机结构剖面示意图，控水槽中浮体A与阀门C固定相连，当A恰好浸没时阀门C关闭，A未浸没时C略有下降，桶内水流入控水槽。已知桶内水位高40cm，阀门C横截面积1.0cm²，不计A、C本身质量、大气压强和热损失。
　　
　　（1）为使控水槽内保持一定水位，浮体A的最小体积应为多大？
　　（2）若热胆中储水1.0kg，由电热管加热，要求10min将水由20℃加热到100℃，求电热管的电功率；
　　（3）饮水机的电路如图乙所示，水沸腾前，红灯亮、绿灯灭、加热管正常工作；水沸腾后，绿灯亮，红灯不亮，加热管不工作。试分析温控开关1和2在水沸腾前、后的通断情况以及红、绿指示灯电阻R_红、R_绿应满足的条件。
　　说明：这是一道跟生活紧密联系的应用题，集认知饮水机结构，电路原理分析、计算三种类型相结合的题，涉及到压强、压力、浮力、二力平衡、吸热、电功、电功率、能量转化、沸腾等多个物理知识点和规律，既考查学生的识图能力、计算能力、分析推理能力，也考查了思维迁移能力，是综合性、应用性强的一道好题。
　　解析：由题意可分析出浮体A具有最小体积的条件是：浮体A刚好浸没在水中时受到向上的浮力跟阀门C受到水向下的压力相等。桶口处水的压强：
　　p_水=ρ_水gh_水=1×10³kg/m³×10N/kg×0.4m=4×10³Pa
　　C受到水的压力：
　　F=p_水S=4×10³Pa×1×10^-4m²
　　=0.4N
　　根据F_浮=F=ρ_水gV_排得
　　
　　即浮体A的最小体积为4.0×10^-5m³
　　（2）水应吸收的热量Q=cmΔt=4.2×10³J/（kg·℃）×1.0kg×（100℃-20℃）=3.36×10⁵J
　　加热管工作时，电流做的功转化为热能，即热量全部由电能提供，因此有Q=W=Pt
　　所以
　　＊（3）由题中叙述和电路图可分析出：温控开关1和2在水沸腾前同时闭合，在水沸腾后同时断开；两开关断开后，绿灯与红灯为串联关系，由P=I²R知，此时P_绿=I²R_绿，P_红=I²R_红。
　　因绿灯亮红灯不亮，所以P_绿>>P_红，故红绿指示灯电阻应满足的条件是R_绿>>R_红。
　　2、下表是我国市场上某种双桶洗衣机所用电动机的工作参数。

　　该洗衣机在额定电压下工作时，求：
　　(1)洗涤电动机和脱水电动机同时转动时，通过洗衣机电源线的电流是多大?
　　(2)分别求出洗涤电动机和脱水电动机工作时的电功率．
　　(3)某次洗衣服时，洗涤时间是11min，脱水时间是2min，在洗涤时间内，洗涤电动机按图所示的程序进行工作．求本次洗衣共消耗了多少电能?
　　
　　解析：解题的方法在于根据题目所求，利用公式，联系实际，找出题中相关信息进行计算．如第一问求在额定电压下，两种电动机同时转动通过电源线的电流?联系生活中双桶洗衣机的工作实际，洗衣机的洗涤和脱水可分别进行，也可同时进行，且它们分别由不同开关控制，这说明洗涤电动机和脱水电动机的连接方式属并联．那么所求电源线的电流就为干路电流，根据并联电路电流的特点有：
　　（1）干路电流I＝I₁+I_2，通过电源线的电流是I＝I₁+I₂=0.5A+0.8A＝1.3A。
　　第二问求额定电压下洗涤电动机和脱水电动机的电功率?根据P=UI可知，那么相关数据就为表中电动机的额定电压和额定电流。
　　（2）所以洗涤电动电动机的电功率是P₁＝U₁I₁＝220V×0.5A＝110W，
　　脱水电动机的电功率是P₂＝U₂I₂＝220V×0.8A＝176W．
　　第三问求洗衣机共消耗了多少电能?即求洗涤电动机消耗的电能和脱水电动机消耗的电能的和．根据电能公式W＝UIt可知，相关数据就为电动机的额定电压、额定电流和通电时间．而洗涤电动 机的时间没有直接告诉，但题中提供了洗涤电动机的工作时间程序．联系生活实际可知，洗衣机洗涤时是先正转，停一会儿，再反转，停一会儿，再正转，如此反复循环下去，即洗衣机电动机工作运转呈周期性．根据题中信息可知：
　　（3）一个周期70s(正转→停→反转→停)，电动机工作用了60s，停了10s，洗涤总共11min=660s，那么周期数为660÷70＝9还余30s，恰好是一个正转的时间，所以电动机的工作时间为(60×9+30)s＝570s，
　　那么洗涤电动机的消耗的电能是W₁＝U₁I₁t₁＝220V×0.5A×570s=62700J，
　　脱水电动机的消耗的电能是W₂＝U₂I₂t₂＝220V×0.8A×120s＝21120J．
　　这次洗衣机的消耗的电能是W＝W₁+W₂＝83820J．
　　通过以上分析，我们发现，此题的解题关键在于注重生活实际和所学知识的联系．可以想象，一个洗衣机是什么模样，如何工作都不知道的学生，是不可能解出此题的。这就要求我们，要注重对知识的理解和掌握，更要注重对知识的具体应用．遇到生活实例，多分析实例。学以致用是我们学习的根本目的。
　　3、如图1所示，（甲）是一单刀双掷开关的实物图，它的符号如图乙所示，图（丙）是单刀双掷开关对电路控制作用的实例，当开关S与“1”接触时，灯泡L₁发光，当 开关S与“2”接触时，灯泡L₂发光。
　　
　　现有如下器材：一个电源（电压保持不变，但电压值未知），一个阻值已知为R₀的定值电阻器，一个待测电阻顺R_x，一个电压表（最大量程大于电源电压），一个单刀双掷开关，导线若干。
　　（1）根据以上所给器材，在虚线框内设计一个能测量并计算出待电阻器R_x的电路图（连接好后在实验过程中不能拆卸）。
　　（2）写出测量的操作步骤及所测量的物理量。
　　（3）写出用测量值计算R_x的表达式：_________。
　　解：本题解答如下：
　　 　　
　　（1）根据要求设计的电路图（图2）
　　（2）操作步骤及所测的物理量U。
　　A、S接1时，测出电源电压
　　B、S接2时，测出R₀两端电压U₀
　　（3）R_x表达式：
　　
　　
　　说明：这道题的新颖之处在于先介绍单刀双掷开关的使用，然后利用单刀双掷开关及所给的器材，设计测量求知电阻的电路，这道题考查的能力是多方面的，既考查阅读理解能力，又考查灵活运用物理知识的能力，同时也展示了电路设计的多样性（同学们可以尝试用别的办法来解决这道题）。
　　4、 抗洪抢险中解放军战士穿的救生衣是用泡沫塑料（泡沫塑料的密度约为0.3×10³kg/m³）制成的。使用时必须使人的头部露出水面（该部分体积约占人体总体积的1/10）才有效。如果救生衣的体积为2.4×10^-2m³，则使用该救生衣的解放军战士最大质量不得超过_________kg。（设人体的平均密度为1.06×10³kg/m³）
　　解析：这也是一道与实际生活紧密联系的应用题，用我们所学的浮力知识分析此题，可知人是处于漂浮状态的，可以从不同的角度切入，下面我们给出两种解法，仅供参考，请同学们自己多分析，尽可能的找出其他的解决办法：
　　一：整体法　 将人体与救生衣看作一个整体。漂浮在水面上，它们总浮力等于它们总重力：
　　F_浮=G_物。
　　设人最大质量为m，人体积为V_人，
　　则有F_浮=G_物，ρ_水gV_排=G_人+G_衣　 ρ_水（V_衣+ V_人）=m_人+m_衣
　　ρ_水（V_衣+ ）=m_人+ρ_衣V_衣解之得，m_人=111.3kg。
　　二：密度计原理法　 密度计放入不同液体中，排开体积不同，则液体密度不同，但受到的浮力相同，大小均等于密度计重力，这里人与衣的总质量与人头部以下体积和衣的体积和之比等于水密度大小。
　　根据公式：
　　
　　代入数据，解之得m_人=111.3kg。
　　5、 环境保护是现代社会的热点，环境污染是世界各国关注的焦点，特别核污染更是全人类高度警惕的问题。继1996年“切尔诺尔贝利”核泄漏事件之后，2000年8月12日，质量m=1.4×10⁷kg的俄罗斯“库尔斯克”号核潜艇在巴伦支海遇难，引起挪威生态保护组织和国际社会普遍关注。（海水密度近似取作ρ=1.0×10³kg/m³，g=10N/kg）
　　（1）核裂变和核聚变是大量获得核能的两种途径，核潜艇中反应堆的核能是通过哪种途径获得的？
　　（2）探测专家用超声波可探测到潜艇的确切位置，超声波在海水中的波速v=1450m/s，在潜艇正上方海面向下发出超声波，从超声波发出直至接收到潜艇的回波经历的时间t=0.146s，则潜艇沉没的实际深度h约为多大？（取整数值）
　　（3）经研究，“库尔斯克”号的打捞方案之一，是在潜艇周围缠满可充气的负载量大的浮力袋，若每只浮力袋充气后的体积V₀=10m³，试估算需用这种浮力袋多少只？
　　（4）按海难救援国际惯例，8月19日晚挪威潜水员曾抵达“库尔斯克”号打开紧急逃生舱盖，若舱盖面积S=0.5m²，则海水对舱盖的压力F约多大？
　　（5）救援人员在“库尔斯克”号发现了记录潜艇各种信息的“黑匣子”，其某一部件外壳上三个电压表的示数分别为U₁、U₂、U₃；三个电流表的示数分别为I₁、I₂、I₃，它内部的电路结构如图1所示，试分别写出U₁、U₂、U₃之间的数学关系表达式和I₁、I₂、I₃之间的数学关系表达式。
　　
　　解析：
　　（1）核裂变。
　　（2）根据速度公式有h=vt/2=1450m/s×0.146/2s=105.85m≈106m
　　（3）设需要N个浮力袋。
　　由二力平衡有F_浮=mg
　　根据阿基米德原理
　　F_浮=ρgV_排=ρgNV₀,
　　即ρgNV₀=mg，
　　
　　（4）设海水压强为p，由公式p=ρgh及F=pS有F=ρghS=1.0×10³kg/m³×10N/kg×106m×0.5m²=5.3×10⁵N。
　　（5）先简化电路，去掉电流表和电压表，将电流表所在处用导线连通，简化成图2，可知两电阻串联，电流表测的都是这个串联电路中的电流。有I₁=I₂=I₃，伏特表3接在串联的两电阻的两端，测这个串联电路的总电压，伏特表1和伏特表2分别接在每个电阻上，测每个电阻上的电压，故U₃=U₁+U₂。
　　
　　说明：此题以环境保护这一热点作题材，紧紧把握学习物理知识和实际应用相结合的原则，把力学、声学、电学、原于物理等知识联系起来，着重是培养学生创新能力、解决实际问题的能力。是体现素质教育，STS型的一道好题。