专题突破(七) 科普阅读题 类型一 科学方法与发现 1.[2022·延庆一模]请阅读《研究物理问题常用的方法》并回答问题。 研究物理问题常用的方法 在学习物理过程中,我们不仅学习到了具体的物理知识,还接触到了许多物理研究方法,其中控制变量法、模型法、类比法、等效替代法和转换法等是研究物理问题时常见的方法。比如在研究电流与电压的关系时,需要控制电阻不变,这是用了控制变量法;在研究杠杆的平衡条件时,需要将实际的硬棒抽象为没有质量的杠杆模型,这是用了模型法;学习电流的概念时将电流与水流类比,这是用了类比法;耳熟能详的“曹冲称象”,使大量石块对船的作用效果与大象对船的作用效果相同,从而通过称量石块的质量得出了大象的质量,这是用了等效替代法。 转换法在很多地方也有运用。将不可见、不易见的现象转换成可见、易见的现象,或者将难以测量或测准的物理量转换为能够测量或测准的物理量,都是用了转换法。比如通过微小压强计U形管两侧液面的高度差反映液体内部压强的大小;通过电流的热效应和磁效应判断电流的存在;根据磁体吸引大头针数量的多少判断磁体磁性的强弱;在电热丝加热煤油的实验中用煤油温度的变化反映电流通过电热丝产生热量的多少等等,都用到了转换法。 此外,很多测量仪器也利用了转换法。比如用实验室常见的液体温度计测量温度时,我们是根据温度计中液柱的长短来体现温度高低的,这就是将温度的测量转化为长度的测量。同理,利用电流表测电流时,我们是在量程确定的情况下根据电流表指针偏转的角度来体现电流大小的,这就是将电流的测量转化为角度的测量。 (1)请你分别以静止状态下的“大象和船”及“石块和船”为研究对象进行受力分析,写出平衡方程并说明“曹冲称象”的实验原理。 (2)(多选)如图1所示的测量仪器中,将所测量的物理量转化为长度测量的是 。(选填选项前的字母) 图1 2.[2022·北京]请阅读《科学重器———原子钟》 并回答问题。 科学重器———原子钟 星空浩瀚,地球章动,四季更替,草木枯荣。从人类意识觉醒开始,“时间”便如影随形。从太阳升落、日晷、沙漏、水钟、机械钟、石英钟到目前最准确的计时工具———原子钟,这些计时方法与工具的发展体现了不同时代劳动人民的智慧。 计时工具大多是以某种规则运动的周期(完成一次规则运动所用的时间)为基准计时的,比如日晷以日地相对运动的周期为基准;机械摆钟以摆的振荡周期为基准;石英钟以石英晶体有规则的振荡周期为基准。选作时钟基准的运动周期越稳定,测量时间的精准度就越高,基于此科学家制造出了原子钟(如图2所示)。它以原子释放能量时发出电磁波的振荡周期为基准,由于电磁波的振荡周期很稳定,使得原子钟的计时精准度可达每百万年才差1 s。 图2 人们通常选取自然界中比较稳定、世界各国都能接受的事物作为测量标准。正是由于原子辐射电磁波振荡周期的高稳定性,适合作为时间的测量标准,于是在1967年,国际计量大会将“1 s”重新定义为铯133原子辐射电磁波振荡9 192 631 770 个周期的持续时间。时间单位“秒”作为国际通用的测量语言,是人类描述和定义时空的标尺。 虽然制定了统一的时间测量标准,但若各地时间不能同步,也会给人们带来麻烦。比如,若电网调节时间不同步,可能会烧坏电机;金融市场时间不同步,可能会导致巨大的经济损失。这就需要有一个时间基准,用于实现时间的同步,就像日常生活中,我们常常根据电视台播报的时间来校准自己的时间一样。在我国,提供校准时间的是位于西安的国家授时中心的原子钟,它被用作基准钟,向电视、广播、网络等提供报时服务。 在导航系统中,如果导航定位的精准度为1 m,则要求卫星上原子钟的时间同步必须在3×10-9 s之内,这需要卫星上的原子钟和地面上 ... ...
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