“五步速成法”求解物理竞赛压轴题

郑中全 张雅芳

一般来说,物理竞赛题比较难,竞赛题的压轴题则更难。因此,有的同学望而生畏,不敢面对;有的同学反复迂回,无从下手;有的同学浅尝辄止,半途而废,如此等等。在这里向同学们介绍“五步速成法”,希望对同学们有所帮助。

一、典型问题示例

(2008年全国初中应用物理知识竞赛) 频率的电磁波波长很短,通常称为微波,微波能沿直线传播,在遇到金属材料时能发生反射;遇到玻璃、塑料、陶瓷等绝缘材料时可以穿透;遇到含有水分的蛋白质、脂肪等介质时可被吸收,并将微波的电磁能量变为内能。

人们熟悉的手机就是利用微波进行通讯的,GSM手机的工作频率一般为900 MHz/1 800 MHz波段。使用手机通话时,微波会对人体产生一种“加热效应”,微波频率越高,人对其能量的吸收率就越高,危害也就越大。下表提供了某种型号手机的技术参数:

(附:670 mAh表示若输出电流为670 mA,则可以放电1个小时。)

请根据这些技术参数和微波的上述特性解决下列问题:

(1)手机的最大工作电流约是多少?在300 min通话时间内手机的平均功率为多少?

(2)请列举两项减小手机微波辐射危害的措施。

(3)某网站登载了一则“手机煮鸡蛋”的消息:两名实验人员将一个生鸡蛋放在陶瓷杯子里,在鸡蛋两侧各放置一部手机,让听筒与鸡蛋的水平距离保持2 cm左右,用其中一部手拨通另一部手机,并保持通话状态。在实验进行到65 min时,实验人员取下鸡蛋,发现已经完全熟透。请从理论上判断这则消息的真伪,并简要说明理由。

二、方法技巧运用

1. 面题:鼓起勇气、树立信心,迅速激发兴奋点

面题即见题,不要因为是压轴题就产生退缩情绪,要积极应对,拿出你的勇气来,相信自己有办法解决它。就上题来说,手机的应用太广泛了,既不陌生,又有兴趣,我们就来个顺藤摸瓜吧。

2. 审题:仔细思考、筛选信息,排查列出疑虑点

审题即读题,通过对题目文字的阅读和思考,筛选出微波及其特性、手机的工作频率波段及其加热效应、手机主要技术参数及工作电流平均功率等有效信息。经排查,列出的疑虑点有:①手机工作电流取决于什么?②手机的平均功率与什么有关联?③手机微波辐射危害怎样减小?④煮熟鸡蛋所吸收的热量与手机通话所发射的电磁波能量有什么样的关系?

3. 破题:化生为熟、化难为易,选好找对切入点

破题就是寻找解题的钥匙,只要找对切入点,就能化生为熟,化繁为简,化难为易。对此题而言,手机工作电流及其平均功率必须根据电学的基本公式和所提供手机技术参数计算;减小手机微波辐射危害的措施从题干的分析中可得出答案;判断“手机煮鸡蛋”信息的真伪则需通过热量计算和电学分析。

4. 解题:抓住实质、突出关键,用好用活知识点

解题标志着已进入关键阶段,即到了真正解决所有问题的时候,根据前面三步所奠定的基础,到此可以说是顺理成章、水到渠成了,根本问题在于抓住实质,用活用好知识点。

解答:

(1)①手机的最大工作电流为(所用知识点:电功率公式P=IU)I===0.49 A;

②在300 min通话时间内手机的平均功率约为(所用知识点:电功率定义式P=):

P==0.55 W。

(2)①尽量减少通话时间;

②降低手机的发射功率(如CDMA手机的最大发射功率为0.2 W)。

(3)①真伪判断:这则消息叙述的事实是不能实现的。

②理由说明:以一个鸡蛋的质量为50 g计算,因鸡蛋的主要成分是水,设煮熟鸡蛋的温度升高最大约为80 ℃,则所需热量为Q=cm(t2-t1)=1.68×104 J。两个手机通话65 min,即使按参数表的最大功率2 W计算,手机也只能提供大约2 W×65×60 s×2=1.56×104 J的能量,考虑到手机向四面八方各个方向发射电磁波的强度大致相同,鸡蛋只能接受其中的很小一部分(小于),因此手机不可能把鸡蛋煮熟。

5. 结题:回顾反思、检查验证,不疏不漏得分点

结题意味着该题的求解过程已经结束,如果稍有时间的话,可以检查一下所用方法步骤是否正确,验证计算结果是否出错,回顾运用知识是否准确,反思通过解题自己有什么收获,争取不轻易放过任何一个得分点。

通过这个例子,我们知道物理竞赛压轴题其实并不是那么可怕,只要勇敢面对、树立信心、合理运用上述五个步骤,就能够得到一定的分数,在竞赛中取胜。