長(zhǎng)度測(cè)量題中的創(chuàng)新意識(shí)考查點(diǎn)評(píng)

1、長(zhǎng)度測(cè)量題中的創(chuàng)新意識(shí)考查點(diǎn)評(píng)文/李永科長(zhǎng)度測(cè)量是物理學(xué)中的最基本的測(cè)量，它包括直接測(cè)量和間接測(cè)量長(zhǎng)度測(cè)量的工具有刻度尺、游標(biāo)卡尺、千分尺，它們屬于長(zhǎng)度的直接測(cè)量，也是高考物理考試的熱點(diǎn)其實(shí)，物理學(xué)中還有一些有創(chuàng)意的長(zhǎng)度測(cè)量的方法，即間接測(cè)量其與基本的長(zhǎng)度測(cè)量?jī)x器相比較，同樣內(nèi)涵豐富，考查功能明顯，因此，倍受高考物理命題專家的青睞下面是筆者對(duì)有關(guān)長(zhǎng)度測(cè)量方面問(wèn)題的認(rèn)識(shí)，愿與同行進(jìn)行交流一、長(zhǎng)度測(cè)量實(shí)驗(yàn)原理的創(chuàng)新意識(shí)1電學(xué)原理例1（1996年上海市高考題）是一根表面均勻鍍有很薄發(fā)熱電阻膜的長(zhǎng)陶瓷管（其長(zhǎng)度為50左右，直徑為10左右）已知鍍膜材料的電阻率為管的兩端有導(dǎo)電箍、現(xiàn)給你米尺、電壓表、電流

2、表、電源、滑動(dòng)變阻器、開(kāi)關(guān)和若干導(dǎo)線請(qǐng)你設(shè)計(jì)一個(gè)測(cè)定膜厚的實(shí)驗(yàn)方案（1）實(shí)驗(yàn)中應(yīng)測(cè)量的物理量是_；（2）在虛線框內(nèi)用符號(hào)畫(huà)出測(cè)量電路圖；（3）計(jì)算膜厚的公式是_圖1圖2分析本題雖然給有米尺，可以用來(lái)測(cè)量陶瓷管的長(zhǎng)度和其直徑，但卻無(wú)法用來(lái)測(cè)定膜厚，因?yàn)榘l(fā)熱電阻膜很薄當(dāng)然根據(jù)題意可知，游標(biāo)卡尺、千分尺亦不能用來(lái)測(cè)定膜厚該命題獨(dú)辟蹊徑，要求考生創(chuàng)造性地應(yīng)用伏安法測(cè)電阻的原理、電阻定律、面積公式來(lái)進(jìn)行微小長(zhǎng)度的測(cè)定如果思維缺乏靈活性，勢(shì)必“山重水復(fù)”；如果思維有創(chuàng)新意識(shí)，定能“柳暗花明”參考答案：（1）、（2）如圖2所示（電流表內(nèi)接、外接均可）（3）2熱學(xué)原理例2臭氧在大氣中的含量甚微，其濃度分布因海

3、拔高度而異，濃度峰值在離地24左右的高度處臭氧在大氣中豎直高度的總含量相當(dāng)于壓強(qiáng)為1、溫度為273時(shí)厚度為030左右的氣體層大氣壓隨地面高度的增大而減小，經(jīng)驗(yàn)公式為0（8000），其中0為地球表面的大氣壓若臭氧層集中在高24處的大氣層中，設(shè)在該高處溫度為50，試估測(cè)臭氧層的厚度分析在高空用基本儀器測(cè)量臭氧層厚度是非常困難的，亦不符合題意，怎樣估測(cè)是解決問(wèn)題的關(guān)鍵如果能利用熱學(xué)原理，即將長(zhǎng)度測(cè)量與氣體狀態(tài)方程聯(lián)系起來(lái)，則難點(diǎn)不攻自破解由08000，得24處的大氣壓0050，地球表面的大氣壓強(qiáng)為0由氣態(tài)方程111，得1111，1、為氣體分別處在地面和24高空處的厚度，令1，代入數(shù)據(jù)，得493力學(xué)原

4、理例3（第14屆全國(guó)中學(xué)生物理競(jìng)賽題）測(cè)定患者的血沉，在醫(yī)學(xué)上有助于醫(yī)生對(duì)病情作出判斷設(shè)血液是由紅血球和血漿組成的懸濁液，將此懸浮液放進(jìn)豎直放置的血沉管內(nèi)，紅血球會(huì)在血漿中勻速下沉，其下沉速率稱為血沉某人的血沉的值大約是10如果把紅血球近似看作半徑為的小球，且認(rèn)為它在血漿中下沉?xí)r所受的粘滯阻力為6在室溫下18×103·已知血漿的密度010×1033，已知紅血球的密度13×1033試由以上數(shù)據(jù)估算紅血球半徑的大?。ńY(jié)果取一位有效數(shù)字即可）分析本題雖然有許多醫(yī)學(xué)名詞，如血沉、血漿、紅血球，學(xué)生不一定理解，但只要挖掘出命題者具有獨(dú)特創(chuàng)意的長(zhǎng)度測(cè)量的力學(xué)原理牛頓

5、運(yùn)動(dòng)定律，必然“絕處逢生”解對(duì)紅血球在重力、浮力和粘滯阻力的作用下做勻速下落運(yùn)動(dòng)，所以（43）3（43）306，取102，解得3×106二、長(zhǎng)度測(cè)量設(shè)計(jì)思想的創(chuàng)新意識(shí)1累積放大通常長(zhǎng)度測(cè)量是根據(jù)待測(cè)長(zhǎng)度的大小來(lái)選擇所需的長(zhǎng)度測(cè)量?jī)x器，然而有些命題要求學(xué)生只能用給定的長(zhǎng)度測(cè)量?jī)x器進(jìn)行測(cè)量，如只用毫米刻度尺測(cè)量一張薄紙的厚度或細(xì)導(dǎo)線的直徑，那么，就必須采用測(cè)多算少，累積放大的方法，其設(shè)計(jì)思想的創(chuàng)新意識(shí)令人耳目一新如果學(xué)生缺乏累積放大思維，必將陷入解題困境2光放大傳統(tǒng)的精密長(zhǎng)度測(cè)量?jī)x器的設(shè)計(jì)借助機(jī)械放大原理，如千分尺將螺桿的微小線位移放大為角位移，在實(shí)際中，如果要測(cè)玻璃纖維絲的直徑，顯然，

6、千分尺也難“再展身手”例4如圖3所示，用尖劈空氣膜干涉法測(cè)定玻璃纖維絲的直徑已知照射的光波波長(zhǎng)為059，28880，相鄰兩條明紋間距為429，則玻璃纖維絲的直徑為多少?圖3分析本題利用光的干涉將長(zhǎng)度進(jìn)行放大測(cè)量，提高了測(cè)量精度解根據(jù)題意可知尖劈空氣膜可產(chǎn)生的明紋總條數(shù)為2，則2199三、長(zhǎng)度測(cè)量器材的創(chuàng)新意識(shí)例5（第15屆奧林匹克物理競(jìng)賽實(shí)驗(yàn)第5題）測(cè)量一只鉛筆的長(zhǎng)度器材：支架、細(xì)線、小球、秒表和膠布分析通常測(cè)量長(zhǎng)度的器材此題并不具備，顯然直接測(cè)量已不可能如果沒(méi)有對(duì)給定器材進(jìn)行聯(lián)想創(chuàng)新，將無(wú)法在長(zhǎng)度測(cè)量上取得突破性進(jìn)展聯(lián)想1：由所給器材，做成一個(gè)單擺，再根據(jù)單擺周期公式計(jì)算擺長(zhǎng)但缺點(diǎn)是擺長(zhǎng)（鉛

7、筆長(zhǎng)）太短，不合單擺要求聯(lián)想2：用鉛筆量4、5次的線作擺長(zhǎng)，缺點(diǎn)是累計(jì)誤差太大聯(lián)想3：由所給器材做兩個(gè)擺長(zhǎng)不同的單擺，使擺長(zhǎng)的差為一個(gè)鉛筆的長(zhǎng)度，測(cè)量?jī)蓚€(gè)單擺的周期1、，計(jì)算擺長(zhǎng)的差1解用大約1的細(xì)線作擺長(zhǎng)構(gòu)成一個(gè)單擺，測(cè)出其周期1，然后將單擺的擺長(zhǎng)增加（或縮短）一個(gè)鉛筆長(zhǎng)，并測(cè)出其周期，由單擺周期公式2，得（122）4四、長(zhǎng)度測(cè)量目的的創(chuàng)新意識(shí)例6（2000年春季北京、安徽高考第20題）、兩地間鋪有通信電纜，長(zhǎng)為，它是由兩條并在一起彼此絕緣的均勻?qū)Ь€組成，通常稱為雙線電纜在一次事故中經(jīng)檢查斷定是電纜上的某處絕緣保護(hù)層損壞，導(dǎo)致兩導(dǎo)線之間漏電，相當(dāng)于該處電纜的兩導(dǎo)線之間接了一個(gè)電阻檢查人員經(jīng)過(guò)下面的測(cè)量可以確定損壞處的位置：（1）令端的雙線斷開(kāi)，在處測(cè)出雙線間的電阻；（2）令端的雙線斷開(kāi)，在處測(cè)出雙線間的電阻；（3）在端的雙線間加一已知電壓，在端用內(nèi)阻很大的電壓表測(cè)出兩線間的電壓試由以上測(cè)量結(jié)果確定損壞處的位置分析本題將長(zhǎng)度測(cè)量（目的）轉(zhuǎn)化為電學(xué)中故障問(wèn)題的確定解設(shè)雙線電纜每單位長(zhǎng)度的電阻為，漏電處電阻為，漏電處距端為，則，（），根據(jù)歐姆定律，可知（），解得（）（）2）五、長(zhǎng)度測(cè)量技巧的創(chuàng)新意識(shí)例7（1999年上海高考第14題）古代希臘某地理學(xué)家通過(guò)長(zhǎng)期觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)6月21日正午時(shí)刻，在北半球城陽(yáng)光與鉛直方向成75°的角向下射，而在城正南方，與城地面距離為的城