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專題14 跨學(xué)科實(shí)踐
01
綜述
跨學(xué)科、實(shí)踐性的問題綜合性較強(qiáng)，需要結(jié)合多方面的知識(shí)綜合應(yīng)用。
要充分理解題目描述的內(nèi)容，再聯(lián)系本學(xué)科或者其他學(xué)科知識(shí)進(jìn)一步解釋。
02
典例精析
題型
一
閱讀理解
【名師點(diǎn)撥】 通過閱讀材料中描述的物理知識(shí)、概念，學(xué)習(xí)新知識(shí)，
并結(jié)合已學(xué)過的知識(shí)，抓住關(guān)鍵性的原理和突破口，能學(xué)以致用。
例1 [2024北京模擬] 閱讀《胎壓》，回答問題。
胎壓
胎壓，嚴(yán)格意義上指的是輪胎內(nèi)部氣體的壓強(qiáng)，輪胎的基本結(jié)構(gòu)如圖1
所示。輪胎的胎壓過高和過低都會(huì)縮短輪胎的使用壽命。胎壓過低會(huì)使胎
體的形變增大，胎側(cè)容易出現(xiàn)裂口；車輛行駛時(shí)，低胎壓的輪胎反復(fù)劇烈
形變會(huì)導(dǎo)致輪胎過熱，加速橡膠老化、簾布層疲勞折斷等；同時(shí)輪胎接地
面積增大，也會(huì)加速輪胎胎肩的磨損。胎壓過高，則會(huì)使輪胎過度膨脹變
形，這一方面會(huì)使得輪胎的彈性下降，行駛在顛簸路面時(shí)輪胎容易產(chǎn)生內(nèi)
裂和爆破；另一方面，胎壓過高還會(huì)加速胎冠磨損，同時(shí)輪胎耐軋性能下
降，很容易被細(xì)小的尖銳物刺穿。總體而言，適度的胎壓，能夠讓輪胎性
能均衡，即便磨損也會(huì)比較平均，保證輪胎的使用壽命，如圖2所示。
輪胎的胎壓與溫度是成正比的。查理定律指出，一定質(zhì)量的氣體，當(dāng)
其體積一定時(shí)，它的壓強(qiáng)與熱力學(xué)溫度（即開氏度）成正比。換算成常見
的攝氏溫度，其計(jì)算公式為，其中是溫度為 時(shí)的氣體壓
強(qiáng)，是時(shí)的氣體壓強(qiáng)，為攝氏溫度， 是氣體膨脹系數(shù)。對(duì)于理想
氣體而言， 與氣體種類及溫度范圍無關(guān)，，這時(shí) 。
（1）胎壓過低時(shí)輪胎容易過熱，是因?yàn)檩喬ピ谲囕v行駛過程中反復(fù)發(fā)生了
______。
形變
（2）夏天早晨溫度為，此時(shí)汽車四個(gè)車輪的胎壓均為 ，假定輪
胎對(duì)地面的壓強(qiáng)等于胎壓， ，測量發(fā)現(xiàn)每個(gè)輪胎與地面的接
觸面積相同，均為，則該汽車的總質(zhì)量為_______。
取，胎內(nèi)氣體視為理想氣體
1 500
（3）在（2）中，如果溫度中午升高至 ，則此時(shí)輪胎的胎壓為_____
（結(jié)果保留兩位小數(shù)），每一個(gè)輪胎與地面的接觸面積約為______
（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）。
2.67
0.014
變式訓(xùn)練1 [2024北京模擬] 請閱讀《筒
車》并回答問題。
筒車亦稱“水轉(zhuǎn)筒車”，是一種以水流
作動(dòng)力取水灌田的工具。據(jù)史料記載，筒
車發(fā)明于隋而盛于唐，距今已有1 000多年的歷史。筒車的種類較多，制作
工藝有所不同。如圖所示，簡易的筒車常用一端開口、一端封閉的竹節(jié)制
成筒，竹筒被均勻安裝在筒車上，用于從河中打水，同時(shí)在水流的推動(dòng)下
使筒車轉(zhuǎn)動(dòng)起來。筒車工作時(shí)，竹筒繞車軸做圓周運(yùn)動(dòng)，筒底與筒口的運(yùn)
動(dòng)軌跡是同心圓，且筒底所在的外圓半徑大于筒口所在的內(nèi)圓半徑。
竹筒浸在水里的時(shí)候被灌滿了水，當(dāng)轉(zhuǎn)過一定角度后將離開水面被提升，
所以竹筒在低處時(shí)盛水，在高處時(shí)泄水，泄出的水落入水槽后被引向農(nóng)田，
如此往復(fù)，循環(huán)提水。在實(shí)際使用過程中，人們會(huì)根據(jù)農(nóng)田與水面間的高
度差調(diào)整水槽的位置和寬度，使水槽能夠接到更多的水。
（1）關(guān)于筒車的說法正確的是___（填字母）；
C
A.筒車能轉(zhuǎn)動(dòng)是由于竹筒受到了浮力
B.筒車能連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)是受到慣性的作用
C.筒車工作時(shí)對(duì)水流有力的作用
D.筒車證明了永動(dòng)機(jī)是可以制造出來的
（2）筒車在勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中，竹筒受__________（選填“平衡力”或“非平
衡力”），以竹筒為參照物，車軸是______（選填“運(yùn)動(dòng)”或“靜止”）的；
非平衡力
運(yùn)動(dòng)
（3）某筒車上均勻分布了20個(gè)相同的竹筒，每個(gè)竹筒的容積為 ，通過調(diào)
整水槽的位置，竹筒中 的水能落入水槽，則當(dāng)筒車以每分鐘轉(zhuǎn)動(dòng)5圈的
速度連續(xù)工作，最多可以為農(nóng)田澆灌__________ 的水
。
變式訓(xùn)練2 [2023北京東城模擬] 請根據(jù)下述材料，回答下列問題：
白鶴梁水下博物館
白鶴梁水下博物館位于重慶市涪陵區(qū)長江岸邊，它被聯(lián)合國教科文組
織譽(yù)為“世界首座非潛水可到達(dá)的水下遺址博物館”，是世界水文資料的寶庫。
白鶴梁原本是一塊長江邊上的天然的巨型石梁，是古人用于觀測長江
的水文站，其具有不朽的水文歷史價(jià)值和文學(xué)藝術(shù)價(jià)值。在三峽工程蓄水
之前，唯有在冬季枯水期，人們才有幸一睹白鶴梁題刻的風(fēng)姿。為了保護(hù)
這塊意義非凡的石梁，中國工程院院士于2001年提出“無壓容器”水下博物館
建造方案，即在水下40米的白鶴梁外修建一個(gè)鋼筋混凝土“罩體”，與長江水
隔離。為了“無壓”，罩子內(nèi)部也要蓄滿水，只不過這里面的水是經(jīng)過過濾、
凈化，非常干凈的長江水，使“罩體”基本處于水壓平衡的狀態(tài)，同時(shí)防止江
水常年對(duì)白鶴梁遺址原體的沖刷損壞。
“罩體”內(nèi)沿白鶴梁遺址原體修建了一條參觀廊道，由耐壓金屬和23個(gè)玻
璃觀察窗構(gòu)成，游人可沿著參觀廊道近距離觀看、研究白鶴梁上的題刻。
照明系統(tǒng)采用 技術(shù)，壽命長、光照好、節(jié)能省電，另有先進(jìn)的循環(huán)水系
統(tǒng)、防水系統(tǒng)、水下實(shí)時(shí)攝影系統(tǒng)。
這一極具創(chuàng)新設(shè)想的工程實(shí)施，為水下文化遺產(chǎn)的原址保護(hù)提供了成
功的工程范例。
（1）白鶴梁的“無壓容器”保護(hù)方案中混凝土罩體內(nèi)應(yīng)當(dāng)___（填字母）。
A
A.蓄滿水 B.排空水 C.抽真空
（2）冬季枯水期白鶴梁混凝土保護(hù)罩所承受江水壓強(qiáng)與非枯水期相比將___
（填字母）。
B
A.增大 B.減小 C.不變
（3）若“罩體”內(nèi)參觀廊道上某個(gè)玻璃窗面積約為 ，則該玻璃窗所承
受的江水壓力約為________，取 。
題型
二
綜合實(shí)踐型
【名師點(diǎn)撥】 通過理論聯(lián)系實(shí)踐，將相關(guān)知識(shí)與實(shí)踐問題相結(jié)合，解
釋現(xiàn)象并提出解決方案。
例2 [2024浙江杭州模擬] 開發(fā)和生產(chǎn)某種產(chǎn)品，應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的科學(xué)研究。
如研制壓力鍋，就應(yīng)研究氣壓跟溫度的關(guān)系。其研究結(jié)果用圖像表示如下。
某種型號(hào)的壓力鍋，其限壓閥由內(nèi)閥和外套組成，測得限壓閥的整體質(zhì)量
為，壓力鍋氣孔的直徑為 。
（1）烹調(diào)較嫩或易熟的菜時(shí)，宜采用__________（選填“低壓烹調(diào)”或“高壓
烹調(diào)”，下同）的方式；烹調(diào)肉類食品，宜采用__________的方式。
低壓烹調(diào)
高壓烹調(diào)
（2）用高壓鍋煮粥，熄火后用冷水將鍋冷卻（即粥無法從鍋體吸熱），拿
去限壓閥后打開鍋蓋，可以看到鍋內(nèi)的粥仍在沸騰，而普通鋁鍋卻看不到
這樣的現(xiàn)象。對(duì)此，下列說法正確的是___。
A.熄滅時(shí)，鍋內(nèi)溫度降到 以下，但由于打開鍋蓋后氣壓降低，所以重
新沸騰
B.熄滅后，鍋內(nèi)溫度仍高于 ，即使不冷卻、不拿去限壓閥，粥還在沸騰
C.熄滅后，鍋內(nèi)溫度仍高于 ，打開鍋蓋后鍋內(nèi)氣壓比原來低，所以重
新沸騰
D.粥的流動(dòng)性差，不易降溫，熄滅后即使不拿去限壓閥，粥也要沸騰較長
時(shí)間
（3）當(dāng)壓力鍋燒煮食物時(shí)限壓閥排氣，鍋內(nèi)最高溫度大約能達(dá)到_____ 。
（當(dāng)時(shí)的大氣壓為， 取3）
123
√
變式訓(xùn)練3 [2023北京模擬] 小明乘坐地鐵時(shí)發(fā)現(xiàn)：乘客中有很多“低頭族”，
他們長時(shí)間低著頭看手機(jī)。他記起物理課上老師講過：長時(shí)間低頭會(huì)引起
頸部肌肉損傷。當(dāng)頭顱為豎直狀態(tài)時(shí)，頸部肌肉的拉力為零；當(dāng)頭顱低下
時(shí)，頸部肌肉會(huì)產(chǎn)生一定的拉力。為了探究“頸部肌肉的拉力與低頭角度大
小的關(guān)系”，小明跟課外小組的同學(xué)們制作了一個(gè)頭顱模型來模擬實(shí)驗(yàn)。如
圖甲所示，把人的頸椎簡化成支點(diǎn)，頭顱模型的質(zhì)量為 ，頭顱模型在
重力作用下可繞支點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，點(diǎn)為頭顱模型的重心， 點(diǎn)為肌肉拉力的作
用點(diǎn)，將細(xì)線的一端固定在 點(diǎn)，用測力計(jì)拉著細(xì)線模擬測量肌肉的拉力，
頭顱模型在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，細(xì)線拉力的方向始終垂直于 ，如圖乙所示，讓
頭顱模型從豎直狀態(tài)開始轉(zhuǎn)動(dòng)，通過實(shí)驗(yàn)同學(xué)們記錄了低頭角度 與細(xì)線
拉力 的數(shù)據(jù)，如下表：
0 15 30 45 60
0 7.3 14.0 20.2 25.0
（1）請?jiān)趫D乙上作圖，并通過分析判斷頸部杠桿的類型是__________。
費(fèi)力杠桿
[答案]
（2）設(shè)頭顱質(zhì)量為，長，長。當(dāng)?shù)皖^角度為 時(shí)，
根據(jù)實(shí)驗(yàn)表中數(shù)據(jù)及相關(guān)物理知識(shí)計(jì)算此時(shí)頸部肌肉實(shí)際承受的拉力是
_____ 。
112
（3）當(dāng)人低頭的角度變大時(shí)，頸部肌肉的拉力如何變化，根據(jù)計(jì)算分析這
種變化的主要原因：_______________________________________________
____。
低頭時(shí)，阻力臂增大，而、不變，所以拉力增大
（4）根據(jù)實(shí)驗(yàn)，請你關(guān)于“預(yù)防和延緩頸部肌肉損傷”提出一個(gè)合理化的建
議：________________。
避免長時(shí)間低頭
變式訓(xùn)練4 [2024陜西西安模擬] 為提高垃圾分類效率，小科設(shè)計(jì)了如圖甲
所示的垃圾分類機(jī)器人，它撿起垃圾時(shí)，會(huì)快速從垃圾上取出標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的
樣品，通過機(jī)械手上的探針檢測樣品的電阻大小來識(shí)別垃圾的類別，并投
入相應(yīng)的垃圾桶。該機(jī)器人檢測電路如圖乙所示。
（1）機(jī)器人通過攝像頭掃描垃圾桶上的二維碼來識(shí)別垃圾桶，二維碼通過
攝像頭成的像是______、______的實(shí)像。
倒立
縮小
（2）機(jī)器人從某塊垃圾上取樣檢測時(shí)，檢測電路電壓表讀數(shù)為 ，檢測時(shí)
間為 。
①通過計(jì)算說明應(yīng)將該垃圾放入圖丙中____垃圾桶。各類垃圾樣品的電阻
參考值如下表。
樣品電阻值/ 垃圾類別
小于10 金屬
餐廚
大于30 其他
②
【解析】由題圖乙可知，電路為串聯(lián)電路，電壓表測量定值電阻兩端的電
壓，電路中電流為 ，
該垃圾的阻值為 ，
由題表中信息可知，該垃圾為餐廚垃圾，所以應(yīng)將垃圾放入題圖丙中②垃
圾桶。
②該次檢測電阻過程中，檢測電路消耗的電能是多少？
解：該次檢測電阻過程中，檢測電路消耗的電能
。
（3）機(jī)器人將重力為的垃圾舉高花了，然后再以 的速度
水平移動(dòng) ，將垃圾放入相應(yīng)的垃圾桶。該過程中機(jī)器人做功功率是多少？
[答案] 機(jī)器人給垃圾的作用力方向向上，所以水平運(yùn)動(dòng)時(shí)，機(jī)器人給垃圾
的作用力不做功，該過程中機(jī)器人做功功率
。
題型
三
科學(xué)探究型
【名師點(diǎn)撥】 通過針對(duì)實(shí)際問題進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，同時(shí)分析數(shù)據(jù)得出實(shí)
驗(yàn)數(shù)據(jù)找到解決問題的方法。
例3 [2024廣東] 鞋子面料的透水汽性會(huì)影
響腳的舒適感。透水汽性是指單位時(shí)間內(nèi)透
過單位面積的水蒸氣質(zhì)量。為比較兩款鞋子
面料的透水汽性，小明用如圖所示的兩個(gè)裝
置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在相同規(guī)格的容器中盛放等質(zhì)
量的水，用恒溫裝置維持水溫不變，面料與容器口緊密貼合。容器口的面
積為，裝置甲中的水溫為，實(shí)驗(yàn)室溫度為 。
（1）實(shí)驗(yàn)中，裝置乙中的水溫應(yīng)為____ 。
37
（2）分別測出兩裝置中容器、水和面料的總質(zhì)量； 后，再次測出
相應(yīng)的總質(zhì)量 ，數(shù)據(jù)記錄見表。分析數(shù)據(jù)可得：
實(shí)驗(yàn)裝置 總質(zhì)量 總質(zhì)量
甲 225.00 223.12
乙 235.00 232.68
①裝置甲中透過面料1的水蒸氣質(zhì)量為_____ ；
②面料___的透水汽性更大；
③兩種面料的透水汽性之差為____ 。
1.88
2
22
（3）實(shí)驗(yàn)過程中，容器的____（選填“內(nèi)”或“外”）表面會(huì)有小水珠形成。
（4）請舉出1個(gè)生活中選用透水汽性大的材料而增強(qiáng)舒適感的實(shí)例：_____
_______________________________________。
內(nèi)
夏季的床單選用透水汽性大的材料而增強(qiáng)舒適感
變式訓(xùn)練5 [2024北京模擬] 某課外小組學(xué)習(xí)了導(dǎo)體電阻的知識(shí)后，對(duì)食鹽
溶液的導(dǎo)電性能與什么因素有關(guān)提出了以下猜想：①可能與溶液的濃度有
關(guān)；②可能與溶液的質(zhì)量有關(guān)；③可能與溶液中兩金屬片間的距離有關(guān)。
為了驗(yàn)證猜想，他們設(shè)計(jì)了如圖的實(shí)驗(yàn)裝置，將電路中的、 兩金屬片分
別插入甲、乙、丙、丁溶液中所示位置，金屬片、 每次插入溶液中的深
度都相同，甲、乙、丙溶液中金屬片、 間距相同，且大于丁中兩金屬片
間的間距。
（1）食鹽水溶液的導(dǎo)電性能可以通過____________來判斷。
（2）為了探究猜想②應(yīng)選擇________兩圖實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究。
電流表示數(shù)
甲、丙
（3）將金屬片、分別插入如圖乙、丁位置，若___（選填“”或“ ”）
，就可以得到“食鹽水溶液的導(dǎo)電性能與溶液中兩金屬片間的距離有關(guān)”
的結(jié)論。
（4）如圖戊所示，小紅在原有的實(shí)驗(yàn)器材上再加一個(gè)開關(guān)，就可以測量食
鹽水中兩金屬片、間的電阻，實(shí)驗(yàn)步驟：先閉合開關(guān) ，電流表的示數(shù)
為；再閉合開關(guān)，電流表的示數(shù)為；則可計(jì)算出 ________
（用、和 表示）。
變式訓(xùn)練6 [2024四川成都模擬] 在學(xué)習(xí)了
《活動(dòng)：密度應(yīng)用交流會(huì)》后，某實(shí)驗(yàn)小
組的同學(xué)利用家中的器材——電子秤、刻
度杯、燒杯測量了牛奶的密度。實(shí)驗(yàn)前同
學(xué)們不明白秤上的“清零”鍵是什么功能，
在查看了說明書后了解到，不管秤上是否
放有物體，只要按下“清零”鍵，其示數(shù)就會(huì)變成0，之后再往秤上添加物品
時(shí)，電子屏上只顯示所添加物品的質(zhì)量。
（1）第一次測量的過程如圖甲所示，則測得牛奶的質(zhì)量為_____ 。
254
（2）測量小組認(rèn)為，利用電子秤的“清零”鍵可以直接讀出牛奶的質(zhì)量，下
面的測量步驟，正確的實(shí)驗(yàn)順序是______；
A.往燒杯中倒入牛奶，讀出電子秤的示數(shù)為
B.按下電子秤的“清零”鍵
C.將燒杯放在電子秤上
CBA
（3）經(jīng)過對(duì)第一次實(shí)驗(yàn)的分析，實(shí)驗(yàn)小組進(jìn)行了如下的第二次實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)
過程如圖乙所示，計(jì)算出牛奶的密度為_____ ；相較于第一次實(shí)驗(yàn)，
第二次實(shí)驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)是__________________________________。
1.02
測得的質(zhì)量和體積更準(zhǔn)確，誤差更小
（4）返校交流時(shí)，發(fā)現(xiàn)各個(gè)小組測量的牛奶密度略有不同，造成這種現(xiàn)象
的原因可能是________________。
牛奶的種類不同
題型
四
設(shè)計(jì)類
【名師點(diǎn)撥】 利用題目提供的工具進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。
例4 [2024天津模擬] 某校同學(xué)參加物理課外活動(dòng)時(shí)，發(fā)現(xiàn)一個(gè)漂亮的拳頭
大小的正方體空心工藝品，他們把它帶到實(shí)驗(yàn)室，想利用如圖所示的器材
和足量的水測出此工藝品的質(zhì)量。要求：
（1）寫出主要的實(shí)驗(yàn)步驟及所需測量的物理量；
解：主要實(shí)驗(yàn)步驟：
①用刻度尺測出正方體木塊的棱長為 ；
②量筒中裝適量水，將木塊緩慢放入量筒中，待木塊靜止后，用刻度尺測
出木塊露出水面的長度為 ；
③用細(xì)繩做成繩環(huán)套在細(xì)木棒上，移動(dòng)繩環(huán)位置使細(xì)木棒在水平位置上平
衡，并將繩環(huán)位置固定，繩環(huán)被固定的位置即為杠桿支點(diǎn)位置；
④將用細(xì)繩系好的工藝品系在細(xì)木棒支點(diǎn)左側(cè)某位置，然后再將另一細(xì)繩
系好木塊，并做成繩環(huán)套在細(xì)木棒支點(diǎn)右側(cè)某位置，并移動(dòng)木塊繩環(huán)的位
置，使細(xì)木棒保持水平平衡；
⑤用刻度尺分別測出工藝品位置處到支點(diǎn)的距離為 和掛木塊繩環(huán)處到支
點(diǎn)的距離為 。
（2）寫出工藝品質(zhì)量的數(shù)學(xué)表達(dá)式（用已知量和測量量表示）。
解：表達(dá)式： 。
變式訓(xùn)練7 [2024天津] 生物小組的同學(xué)們在冬天利用雜草、落葉及泥土等
材料制作花肥時(shí)，發(fā)現(xiàn)天氣太冷肥料不易發(fā)酵，于是他們想制作一個(gè)電加
熱墊給肥料加熱。
【初步設(shè)計(jì)】 選取一根粗細(xì)均勻的電熱絲，將其接在電壓恒為 的電
源上（如圖1所示），加熱功率為，該電熱絲的電阻 _ __。
（不考慮溫度對(duì)電阻的影響）
【改進(jìn)設(shè)計(jì)】 為獲得不同的加熱功率，從電熱絲的中點(diǎn)處引出一條導(dǎo)
線，將電熱絲以不同方式連接在電壓為 的電源上，可以得到另外兩個(gè)加
熱功率和，且 。請你在圖2甲、乙中將各元件連接成符合改進(jìn)要
求的電路，并推導(dǎo)出與之比為_____。說明：電熱絲上只有、、 三
處能接線，電熱絲的額定電流滿足設(shè)計(jì)需求。
[答案]
【優(yōu)化設(shè)計(jì)】 為方便操控，再增加一個(gè)單刀雙擲開關(guān)，通過開關(guān)
的通斷和在1、2觸點(diǎn)間的切換，實(shí)現(xiàn)加熱墊、和 三擋功率的變換。
請你在圖3中將各元件連接成符合優(yōu)化要求的電路。注意：無論怎樣撥動(dòng)開
關(guān)，不能出現(xiàn)電源短路。
[答案]

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