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从“哪吒”的武器中解锁物理知识
【热点素材】
据极目新闻等媒体消息，截止2月13日晚间，电影《哪吒之魔童闹海》全球票房（含预售及海外）突破100亿元，成为中国影史首部票房破100亿元的电影，也是全亚洲首部票房破百亿的电影。
在电影的细节中包含了大量的物理知识：
风火轮
反作用力原理：哪吒的风火轮能喷火飞行，类似于现实中火箭、飞机靠向后喷出高速气体产生反作用力推动自身前进，遵循牛顿第三定律，即两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等、方向相反、作用在同一条直线上。
力学平衡与圆周运动：从运动学角度看，若风火轮时速高达500公里，哪吒却不会摔，是因为风火轮运用了磁悬浮技术，喷火产生的反作用力与重力形成平衡。而且哪吒每次急转弯都符合向心力公式F=mv /r，保证其能按特定轨迹运动。
火尖枪
能量转换：火尖枪不仅能喷火，还能发射能量波，体现了能量转换原理，可将哪吒体内的能量（可能是生物能）转化为热能（火焰）和机械能（能量波），就像将体内化学能转化为球的动能。
特殊燃烧：从化学与物理角度，火尖枪喷射的三昧真火光谱分析显示含有镁、钠等金属成分，属于自供氧型化学燃烧，还检测到等离子体形态，说明温度突破3000°C，涉及到物质的燃烧、等离子态等物理概念。
乾坤圈
角动量守恒：乾坤圈在旋转过程中，若不受外力作用，它的角动量会保持不变，这是物理学中的重要原理，也是高考常考知识点。
离心力与向心力：乾坤圈高速旋转时，哪吒需要用力控制它的轨迹，涉及离心力和向心力的概念，向心力使乾坤圈保持在圆周运动轨迹上，而离心力是一种虚拟力，是物体在做圆周运动时由于惯性而产生的向外的趋势。
混天绫
碰撞与能量转化：混天绫与其他法宝（如乾坤圈）碰撞会产生巨大的冲击波，是动能转化为声能和热能的体现，符合能量守恒定律，即能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，只会从一种形式转化为另一种形式。
电影中的其他物理素材
水与冰的导电性：在《哪吒2》中，哪吒利用水导电而冰不导电的特性限制了能化身为电瞬间移动的对手。因为日常用水含溶解的矿物质离子具有导电性，水凝结为冰时，规则的晶体结构会锁住离子运动，导电性骤降。
眼泪上浮：电影里敖丙在深海中流泪，眼泪往上流。因为海水含很多盐分和矿物质，密度比眼泪大，根据阿基米德原理，低密度的眼泪在高密度的海水中会产生上浮趋势。
【习题训练】
一、单选题
1．我国神话故事中哪吒脚踩风火轮在天空中来去自由，现在人类穿上涡喷飞翼飞行器（简称飞行器）也能像哪吒一样，在高空中自由地完成上升、下降、悬停、平飞和翻转等动作，如图。飞行器主要由微型喷气发动机和操纵系统组成，下列说法正确的是( )
A.飞行器要加速上升，需向下喷射燃气
B.某段时间飞行器在空中悬停，重力的冲量为零
C.燃气对飞行器的冲量与飞行器对燃气的冲量相同
D.飞行器在下降过程，其动量一定越来越大
2．“乾坤圈”是被誉为“世界第一环”。为了确保吊起“乾坤圈”的稳定性，起吊机装置采用双层斜吊索，简化模型如图所示（图中只画出四根吊索），上层4根斜吊索均匀挂在吊架的四等分位置，吊索与竖直方向的夹角均为θ，下层7根斜吊索均匀挂在“乾坤圈”的7等分位置，吊索与竖直方向的夹角均为α。已知“乾坤圈”的质量为m，重力加速度为g，“乾坤圈”的质量远大于吊索、吊架的质量。在缓慢吊起“乾坤圈”的过程中，下列说法正确的是( )
A.上层吊索中每根吊索的拉力大小为
B.下层吊索中每根吊索的拉力大小为
C.若向上加速吊起“乾坤圈”，则下、上层中每根吊索的拉力之比为
D.若下、上层11根吊索的拉力大小均相等，则有
3．哪吒的乾坤圈在电影《哪吒2》中展现了强大的力量。假设哪吒在地面上以初速度竖直向上抛出乾坤圈,经过时间乾坤圈落回抛出点,此时乾坤圈的速率为,已知乾坤圈在空中运动时所受空气阻力与乾坤圈运动的速率成正比(为比例系数),则乾坤圈在空中运动时的速率v随时间t的变化规律可能是( )
4．火尖枪，全名“紫焰蛇矛火尖枪”，是哪吒使用的兵器。枪头形如火焰，枪尖能喷火，枪身一丈八长有余，可随意变化，共有两杆，能够合二为一，另一头为蛇矛枪刃，其内蕴藏着无穷的力量，为斩妖除魔、诛兵屠将的神兵利器如图所示。假设哪吒3次投掷，火尖枪的出手位置和离开手时的速度大小相等、方向略有不同。若火尖枪在空中仅受重力作用且可看成质点。下列说法正确的是( )
A.三次投掷，火尖枪的水平位移都相等
B.三次投掷，火尖枪的运动时间都相等
C.如忽略哪吒投掷火尖枪时出手点离地高度，当投掷方向与水平方向等于45°角时水平位移最大
D.如忽略哪吒投掷火尖枪时出手点离地高度，当投掷方向与水平方向等于53°角时水平位移最大
二、多选题
5．如图甲所示，混天绫的飘逸形态在电影中通过物理级动态模拟实现，其运动类似于波的传播，假设混天绫的运动可以简化为简谐运动。图乙是某次运动中时刻混天绫的波形图，混天绫上质点Q的振动图像如图丙所示，则( )
甲
A.该波沿x轴正方向传播
B.任意时间内质点P运动的路程均为A
C.质点P的相位比质点Q的相位超前
D.时刻质点P将运动到处
参考答案
1．答案：A
解析：飞行器要加速上升，需向下喷射燃气，产生向上的推力，故A正确；某段时间飞行器在空中悬停，重力的冲量不为零，故B错误；燃气对飞行器的冲量与飞行器对燃气的冲量方向不同，故C错误；飞行器在下降过程，可能速度减小，其动量不一定越来越大，故D错误。
故选A。
2．答案：C
解析：对上层斜吊索分析有，解得，故A错误；对下层斜吊索分析有，解得，故B错误；若向上加速吊起“乾坤圈”，对下层斜吊索分析有，对上层斜吊索分析有，联立解得，故C正确；若下、上层11根吊索的拉力大小均相等，即有，则，故D错误。
3．答案：A
解析：乾坤圈竖直向上运动时,其加速度,可知随速度的减小而减小;乾坤圈竖直向下运动时,其加速度,可知随速度增大而减小,向上和向下运动的过程中乾坤圈的位移大小相等,即乾坤圈在这两个过程中运动的图象与坐标轴围成的面积相等,经过分析可知,乾坤圈将在时刻前到达最高点,且,选项A正确。
4．答案：C
解析：AB.设火尖枪离开手时的速度方向与水平方向夹角θ，竖直方向
设火尖枪的出手位置距离地面的高度为h，则运动的时间
可知角度不同，运动时间不相等，水平位移
可知角度不同，水平位移不相等，故AB错误；
CD.根据竖直方向
则运动的时间
水平位移
解得
知时，最大，则落地点和抛出点间的水平距离最大，故C正确，D错误。
故选C。
5．答案：AC
解析：由题图丙知，时刻质点Q沿y轴正方向振动，结合题图乙由同侧法知，该波沿x轴正方向传播，A正确；当质点从波峰、波谷或平衡位置开始运动时，时间内运动的路程为A，若从其他时刻开始运动，时间内运动的路程可能大于A也可能小于A，B错误；质点P的振动方程为，质点Q的振动方程为，所以质点P的相位比质点Q的相位超前，C正确；质点P在平衡位置附近上下振动，并不随波迁移，D错误。

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