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利用扩散现象来研究分子运动
长度
光在真空中一年内传播的距离
解:
​$ (2)$​先计算地球到比邻星的距离:
​$ s = 4.2 × 3 × 10^8\ \mathrm {m/s} × 360 × 24 × 3600\ \mathrm {s} = 3.90192 × 10^{16}\ \mathrm {m} $​
​$ $​已知航天飞机速度​$ v = 20000\ \mathrm {m/s} ,$​根据​$ t=\frac {s}{v} ,$​可得所需时间:
​$ t = \frac {3.90192 × 10^{16}\ \mathrm {m}}{20000\ \mathrm {m/s}} = 1.95096 × 10^{12}\ \mathrm {s} $​
换算为年:
​$ t = \frac {1.95096 × 10^{12}\ \mathrm {s}}{360 × 24 × 3600\ \mathrm {s/}年} ≈6.3 × 10^4 $​年​$ $​
​$ (3)$​启发:宇宙的空间尺度极大,人类目前的航天技术难以实现恒星际航行,需要不断
提升科技水平。
实验方案:
1. 用丝绸摩擦有机玻璃棒,使其带上正电,并用细线将有机玻璃棒悬挂固定;
2. 用纸巾摩擦塑料吸管,将摩擦后的塑料吸管靠近悬挂的有机玻璃棒;
3. 观察现象:若两者相互排斥,则塑料吸管带正电荷;若相互吸引,则塑料吸管带负电荷。
【分析】
1. 第(1)问:回忆光年的物理定义,明确其单位属性及代表的物理意义,光年是用于衡量宇宙中天体间距离的特殊长度单位。
2. 第(2)问:先根据光年的定义,结合光速、时间计算出地球到比邻星的距离;再利用速度公式$t=\frac{s}{v}$求出航天飞机的飞行时间,最后将时间单位换算为年。
3. 第(3)问:从计算得到的漫长飞行时间出发,联想宇宙的空间尺度、人类现有航天技术的局限性等角度总结启发。
【解析】
(1) 这里的l.y.(光年)是长度单位,它表示光在真空中一年内传播的距离。
(2) 具体计算步骤:
① 计算地球到比邻星的距离:
根据光年的定义,光速$c=3×10^8\ \mathrm{m/s}$,1年按360天计算,则
$s = 4.2 × 3 × 10^8\ \mathrm{m/s} × 360 × 24 × 3600\ \mathrm{s} = 3.90192 × 10^{16}\ \mathrm{m}$
② 已知航天飞机速度$v=20000\ \mathrm{m/s}$,由速度公式$t=\frac{s}{v}$得飞行时间:
$t = \frac{3.90192 × 10^{16}\ \mathrm{m}}{20000\ \mathrm{m/s}} = 1.95096 × 10^{12}\ \mathrm{s}$
③ 将时间单位换算为年:
$t = \frac{1.95096 × 10^{12}\ \mathrm{s}}{360 × 24 × 3600\ \mathrm{s/年}} ≈6.3 × 10^4$年
(3) 启发:宇宙的空间尺度极大,人类目前的航天技术难以实现恒星际航行,需要不断提升科技水平(合理即可)。
【答案】
(1) 长度;光在真空中一年内传播的距离
(2) $≈6.3 × 10^4$年
(3) 宇宙的空间尺度极大,人类目前的航天技术难以实现恒星际航行,需要不断提升科技水平(合理即可)
【知识点】
光年的概念、速度公式的应用、宇宙空间尺度
【点评】
本题结合天文场景考查物理概念与公式的应用,既巩固了对光年这一特殊长度单位的理解,又通过量化计算让学生直观感知宇宙的宏大,引导学生建立对宇宙空间的科学认知。
【难度系数】
0.6
【分析】
要判断用纸巾摩擦过的塑料吸管的带电种类,需利用电荷间的相互作用规律:同种电荷相互排斥,异种电荷相互吸引。首先借助给定器材制作一个已知电性的带电体(如用丝绸摩擦有机玻璃棒得到正电体),再将待测的带电吸管靠近该已知带电体,根据两者的相互作用现象即可判断吸管电性:因吸管已确定带电,不会出现带电体吸引轻小物体的混淆情况,排斥则为同种电荷,吸引则为异种电荷。
【解析】
1. 制备已知正电体:用丝绸摩擦有机玻璃棒,使其带上正电荷,并用细线将有机玻璃棒悬挂固定,保证玻璃棒可自由转动;
2. 处理待测吸管:用纸巾摩擦塑料吸管,使吸管带上电荷;
3. 进行相互作用实验:将摩擦后的塑料吸管靠近悬挂的有机玻璃棒;
4. 判断电性:若两者相互排斥,说明塑料吸管带正电荷;若两者相互吸引,说明塑料吸管带负电荷。
【答案】
实验方案:
1. 用丝绸摩擦有机玻璃棒,使其带上正电,并用细线将有机玻璃棒悬挂固定;
2. 用纸巾摩擦塑料吸管,将摩擦后的塑料吸管靠近悬挂的有机玻璃棒;
3. 观察现象:若两者相互排斥,则塑料吸管带正电荷;若相互吸引,则塑料吸管带负电荷。
【知识点】
电荷间的相互作用规律、摩擦起电
【点评】
该实验方案依托题目提供的器材,利用摩擦起电获得已知电性的带电体,结合电荷间的相互作用规律判断未知电荷种类,操作步骤简洁,现象直观明确,能有效帮助理解电荷相互作用的核心特性。
【难度系数】
0.6