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专题19跨学科实践
专题19跨学科实践
【学习要点】
潮屮学∏前生带
跨学科实践
物学可j工程线
物学与补会发展
【学习领航】
1.物理学与日常生活
例110月16日为世界脊柱日，如图人的脊柱起着支撑头部的作用，颈部肌肉连接颈部和头
部，并控制着头部的运动.长时间低头会对颈椎和颈部肌肉造成损伤，人低头时头部的脊椎可
以看作一个杠杆.分析问题：
(1)请在图中画出人体头部所受重力的示意图.
图19-1
(2)人在低头过程中，头部的重力的力臂
(选填“增大”或“减小”)，颈部肌肉群对
后颅向下的拉力
(选填“增大”或“减小”)，若将拉力看作动力，这是一个杠
杆，头部向下弯曲度增大颈椎所受的
增大，
(3)结合以上分析，给出一条保护颈椎健康的合理建议，
考点追踪：
杠杆平衡条件，功、功率的简单计算，机械效率
试题精析：
(1)重力的方向竖直向下，作用点画在重心上，如图所示：
兰心
(2)头部模型相当于简单机械中的杠杆；支点大约在颈部下端，根据杠杆平衡条件GL1=
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专题19跨学科实践
FL2,重力的方向竖直向下，当低头角度变大时，重力的力臂L1增大，L2不变，故拉力F增
大，若将拉力看作动力，动力臂小于阻力臂，这是一个费力杠杆：头部向下弯曲角度增大，拉力
变大，相当于支点的颈椎所受的压力增大，
(3)为了保护颈椎健康，不要长时间低头看手机（或适当抬高手机屏幕，减小低头角度或低
头看书久了应适当抬头，以缓解颈推承受的压力).
解题逻辑：
物埋学与日常尘活
低头对颈椎的影响
保护颈椎的合埋议
2.物理学与工程实践
例2世界最长跨海大桥一港珠澳大桥，横跨伶仃洋，将香港、澳门和珠海三地连为一体，被
誉为现代世界新七大奇迹之一，如图19-2甲所示.港珠澳大桥由桥、人工岛、海底隧道三部分
组成.其中6.7公里的海底隧道距离海面40多米，由33节沉管对接而成.港珠澳大桥施工海
域恰好穿过中华白海豚自然保护区，这种珍稀动物是香港回归祖国的吉祥物.开工前工程师们
立下了誓言，大桥通车白海豚不搬家.监测结果表明至大桥竣工，依然有近两千头中华白海豚
欢快地栖息在港珠澳大桥周边海域.请回答下列问题：
(1)如图19-2乙所示，以人工岛为参照物，正在海中游动的白海豚是
(选填“运
动”或“静止”)的.
(2)港珠澳大桥全长55km,设计通行时速100kmh.若一辆具备通行车牌的汽车按大桥
设计时速行驶，至少需要多长时间才能通过大桥？
(3)铺设海底隧道的沉管，每节质量约为7.4×10kg,则每节沉管所受重力为多少N (g
取10Nkg)
(4)两端密封后的沉管，每节最大排水量约8万吨，由于其整体密度稍小于海水密度，所以
沉管浮在海面，需用拖轮浮运至既定位置再沉放安装.若你是大桥的工程师，你如何将沉管沉
放到海底安装？请运用所学浮力知识进行说明，
白海擦
人工岛
甲
图19-2
1157（)(2)电阻丝的额定电流为1■一
P题=484W
工，铜钱的部分物质被锉掉，质量减小.(4)成色高质量好
220V
=2.2A,
的铜钱，会发出铿锵的金属声，这是利用声音来传递信
若串联最大功率为P=U1=10V×2.2A=22W
息，辨别铜钱成色好坏
6.(1)70(2)1.1×10(3)1.8×10(4)吃水深度较浅
27W,所以电路为并联电路，如图
一，电炉
适用海域范围较广[解析](1)由甲图可知，单个叶片
长度比浮式基础上方圆筒状柱子稍短些，而圆柱子高83
米，所以单个叶片长度约为65一80m.(2)“海油观澜号”
丝的阻值为R号
=1002,并联后，R'最大功
总质量达1.1×10kg,漂浮在海面上，根据漂浮条件可
知，“海油观澜号”受到的浮力为F浮=G=1.1×10kg×
率为P大=I=10V×2.2A=22W,则R。功率为P。=
10Nkg=1.1×10N,根据阿基米德原理可得，平
P大一P大=27W一22W=5W,则定值电阻R。的阻值为
F
.:-(19 w
台基础排开海水的体积为V排
=202,则R最大阻值为R大=R一
P海水g
5 W
1.1×103N
R。=1002一20=802，所以两段电阻丝的阻值分别是
=1.1×10m.(3)每年发电
1.0×103kgm×10Nkg
202和80.，当R'=80时，电路功率最小，此时总电
量将达为W=2.2×102kW·h=2.2×107×3.6×105J
流为1-1，+r-80+9
=0.625A,则这个发热坐
=792X10J,消耗天然气的质量为m=Q-W
垫在最小功率状态下工作5min产生的热量为Q=W=
7.92×103J
=1.8×10°kg.(4)由乙图可知，“半潜式”
UIt=10V×0.625A×5×60s=1875J.
4.4×10J/kg
4.(1)可再生(2)7500km(3)1.8×10J(4)80%
海浮式风电平台基础吃水深度较浅，所以它的优点是适
可信[解析](1)可再生能源是指在自然界中可以不断
用海域范围较广。
再生、永续利用的能源，风能属于可再生能源.(2)单个风
7.(1)先变快后变慢水的温度越高，“油墨小船”运动越快
力发电机组发电1h产生的电能为W=Pt=1500kW×
非平衡力(2)将不同滴的酒精与相同滴的圆珠笔油均
1h=1500kW·h,可供该电动汽车行驶的路程是s=
匀混合(3)减轻“油量小船”的质量[解析](1)由表
1500kW·h
格数据可知，油墨小船在三种测试温度下，运动速度都是
0.2kW·h.km
=7500km.(3)系统对重物所做的功是
先变快后变慢.由表格数据可知，油墨小船运动的快慢与
W=GM=mgh=2×3×104kg×10Nkg×30m=1.8×
水的温度的关系是：水的温度越高，油墨小船运动得越快
10J.(4)重力储能系统放下重物的发电效率是=
W
油墨小船在运动过程中，速度不断变化，因此，油墨小船受
W
到非平衡力的作用.(2)小明可以用相同滴的圆珠笔油，然
×100%=1.44X102J
后向其中逐渐加入不同滴的酒精并充分搅拌，从而得到不
1.8×102J
×100%=80%,重力储能系统提
同浓度的圆珠笔油样品.(3)可以减小“油墨小船”的质量
升重物所需要的总能量W人=W-L8X0」=2X
90%
(或重量)，这样在获得相同能量时，能使它的速度更大，
W饱出×100%=
10J,重力储能系统的综合效率为)一
8.(1)转动圆桌摆球的摆动面相对于摆架位置的改变
(2)明显(3)9.6°运动[解析](1)具体操作：摆球摆
1.44X101×100%=72%>70%,因此这一数据可信
动后转动圆桌，通过观察摆球的摆动面相对于摆架位置
2×10J
的改变是否存在差异来证明地球的自转.(2)在地球纬度
5.(1)熔化（或凝固）(2)B动力臂小于阻力臂（或省距
越高的地方，sn的值越大，傅科摆转动一圈的时间越
离)(3)减小(4)信息[解析](1)治炼时，先把铜放
短，所以实验的效果越明显.(3)已知北京的地理纬度约
进熔铜坩埚中加热至液态，属于熔化过程：把坩埚内的液
为40°，sin40°0.64，北极傅科摆每小时转过的角度为
体注入模子中、冷却之后，成百个铜钱呈现出来，属于凝
360°
固过程.(2)古代铸工使用鹰嘴钳是为了把熔铜坩埚从炉
24
=15°，则北京的傅科摆每小时转过的角度0=15°×
子里提出米，要使人体远离高温的液体，要用到费力杠
0.64=9.6°，以地面为参照物，傅科摆摆球的位置不断发
杆，省距离，此时动力臂小于阻力臂.(3)对铜钱磨锉加
生变化，傅科摆摆球是运动的界气温降低时，液体的密度变大，由F浮=P装gV可知，小
例3(1)虚凸会聚(2)减少了水的蒸发(3)见试题
球所受浮力会变大，悬浮小球会上浮，最终会漂浮在水面
精析图(4)B(5)1.80.210(6)见试题精析图
上，所以此时[图(b)中]液体温度低于19℃：图(b)中小
(7)20(8)小
球c沉底，由浮沉条件可知P,球>P2液，则当c球悬浮时，
[学习实践]
对应的液体密度=c球的密度>图(b)中液体的密度，因
1.D[解析](1)根据杠杆的平衡条件可知：当提着B处
液体的密度随温度降低而变大，所以小球c对应的温度
秤纽、秤砣在D点时，A点所挂物体重为GA
更低，应标记为15℃，(3)由图(c)知，三个小球都下沉，
G·BD
AB
,当提着C处秤纽，秤砣在D点时，A点所挂
由“环境温度越高时，液体的密度变小，浮力越小，悬浮的
小球会下沉”可知液体的温度比23℃还高，故D符合题
物体重为G-G配·CD
AC
，因BD>CD,AB意；故选D.(4)由于气温降低时，小球所受浮力会变大，
Ga>GA,即提B处秤纽时，此秤的称量最大，故B正确：
悬浮小球会上浮，环境温度越高时，浮力会变小，悬浮的
当提着B处秤纽、秤砣挂在D点、A点秤钩挂着质量为
小球会下沉，且漂浮和悬浮时浮力都等于重力，所以15一
10kg的物体时，秤杆可以在水平位置平衡，根据杠杆平衡
19℃时浮力保持不变，温度再升高，浮力会继续变小，浮
条件可得GA·AB=G能·BD,由G=g可得Ag·
力小于重力，小球会下沉，所以19一23℃时浮力减小，故
C图符合题意.故选C
AB=meg·BD,则me=mAB_10kgX2cm
BD
50 cm
8.(1)大(2)①8000②静止增大牵引力1.08×
0.4kg,故A正确.(2)当提起B处秤纽时，阻力臂为AB
1036.75(3)2.4割幅[解析](1)如图(a)所示把
=2cm,动力臂BD'=3cm十12.5cm=15.5cm,根据杠
打麦工具高高举起，它的重力势能变大.(2)①满油时收
杆的平衡条件可列式：G·AB=G驼·BD',由G=g
割机的重力为：G=mg=2880kg×10Nkg=2.88×
F2.88×101N
可得mg·AB=m能g·BD,则m=m:BD
AB
10N,收割机对水平地面的压强：p=
3.6m
=8000Pa;②如图(b)所示，收割过程中收割机相对于同
0.4kgX15.5cm=3.1kg,当提起C处秤纽时，阻力臂
2 cm
行的装载机位登没有变化，所以是静止的：根据P=W
为AC=AB+BC=2cm+3cm=5cm,动力臂CD'=
12.5cm,根据杠杆的平衡条件可列式：G·AC=G能·
=F0知，收割机功率保持60kW不变，收割过程中减
CD.由G=mg可得mg·AC=m能g·CD',则m=
慢行驶速度，是为了增大牵引力：收割一块地的麦子，耗
m能·CD_0.4kgX12.5cm-1kg,放C正确.(3)如
AC
5 cm
时0.5h.根据P=W得，该收割机做功为：W=P=60X
果秤砣磨损，根据杠杆平衡条件可知动力臂变大，所以用
103W×0.5×36008=1.08×10J,发动机的效率为7
该秤称量货物质量偏大，故D错误，
2.D[解析]A向下拉绳放下空桶时，动力臂小于阻力
40%,根据效率公式得，Q做=
w_1.08×10J=2.7×
40%
臂，是费力杠杆，故A错误：B.向下拉绳放下空桶时，根
103J,根据Q=mq得，在此过程中消耗柴油为：m袋油=
据杠杆的平衡条件可知G石·OA=(G桶十F)·OB,即
Q2.7×10°J
40N×1.2m=(20N+F)×0.6m,解之可得：F=60N,
9袋油4×103J/kg
=6.75kg.(3)由图(c)知，当作业速度
故B错误：C.向上拉绳提起装满水的桶时，动力臂大于
为4kmh时，喂入量是2.4kgs,出现这一结果，作物的
阻力臂，是省力杠杆，故C错误；D.向上拉绳提起装满水
割幅会对喂入量产生影响.
的桶时，根据杠杆的平衡条件可知：G石·OA=(G插+
专题19跨学科实践
G水-F)·OB,即40N×1.2m=(20N+100N-F)
「学习领航]
X0.6m,解得F'=40N,故D正确.故选D.
例1(1)见试题精析图(2)增大增大费力压力
(3)见试题精析
3.(1)
(2)并20801875[解析]
例2(1)运动(2)0.55h(3)7.4×108N(4)见试题
精析
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