高中物理典型物理模型及方法

高中典型物理模型及方法（精華）1.連接體模型：是指運動中幾個物體或疊放在一起、或并排擠放在一起、或用細繩、細桿聯(lián)系在一起的物體組。解決這類問題的基本方法是整體法和隔離法。整體法是指連接體內(nèi)的物體間無相對運動時,可以把物體組作為整體，對整體用牛二定律列方程隔離法是指在需要求連接體內(nèi)各部分間的相互作用(如求相互間的壓力或相互間的摩擦力等)時，把某物體從連接體中隔離出來進行分析的方法。連接體的圓周運動：兩球有相同的角速度；兩球構成的系統(tǒng)機械能守恒(單個球機械能不守恒)m1m2與運動方向和有無摩擦(相同)無關，及與兩物體放置的方式都無關。平面、斜面、豎直都一樣。只要兩物體保持相對靜止記?。篘= (N為兩物體間相互作用力), 一起加速運動的物體的分子m1F2和m2F1兩項的規(guī)律并能應用討論：F10；F2=0 N=m2m1F F10；F20N= (就是上面的情況)F=F=F=F1F2 m1m2 N1N2(為什么) N5對6=(m為第6個以后的質(zhì)量) 第12對13的作用力 N12對13=2.水流星模型(豎直平面內(nèi)的圓周運動是典型的變速圓周運動)研究物體通過最高點和最低點的情況，并且經(jīng)常出現(xiàn)臨界狀態(tài)。(圓周運動實例) 火車轉彎 汽車過拱橋、凹橋3飛機做俯沖運動時，飛行員對座位的壓力。物體在水平面內(nèi)的圓周運動（汽車在水平公路轉彎，水平轉盤上的物體，繩拴著的物體在光滑水平面上繞繩的一端旋轉）和物體在豎直平面內(nèi)的圓周運動（翻滾過山車、水流星、雜技節(jié)目中的飛車走壁等）。萬有引力衛(wèi)星的運動、庫侖力電子繞核旋轉、洛侖茲力帶電粒子在勻強磁場中的偏轉、重力與彈力的合力錐擺、（關健要搞清楚向心力怎樣提供的）（1）火車轉彎：設火車彎道處內(nèi)外軌高度差為h，內(nèi)外軌間距L，轉彎半徑R。由于外軌略高于內(nèi)軌，使得火車所受重力和支持力的合力F合提供向心力。 (是內(nèi)外軌對火車都無摩擦力的臨界條件)當火車行駛速率V等于V0時，F(xiàn)合=F向，內(nèi)外軌道對輪緣都沒有側壓力當火車行駛V大于V0時，F(xiàn)合F向，內(nèi)軌道對輪緣有側壓力，F(xiàn)合-N=即當火車轉彎時行駛速率不等于V0時，其向心力的變化可由內(nèi)外軌道對輪緣側壓力自行調(diào)節(jié)，但調(diào)節(jié)程度不宜過大，以免損壞軌道。火車提速靠增大軌道半徑或傾角來實現(xiàn)（2）無支承的小球，在豎直平面內(nèi)作圓周運動過最高點情況：受力：由mg+T=mv2/L知,小球速度越小,繩拉力或環(huán)壓力T越小,但T的最小值只能為零,此時小球以重力提供作向心力. 結論：通過最高點時繩子(或軌道)對小球沒有力的作用(可理解為恰好通過或恰好通不過的條件)，此時只有重力提供作向心力. 注意討論：繩系小球從最高點拋出做圓周還是平拋運動。能過最高點條件：VV臨（當VV臨時，繩、軌道對球分別產(chǎn)生拉力、壓力）不能過最高點條件：V tg物體靜止于斜面 VB=所以AB桿對B做正功，AB桿對A做負功 5通過輕繩連接的物體在沿繩連接方向(可直可曲)，具有共同的v和a。特別注意：兩物體不在沿繩連接方向運動時，先應把兩物體的v和a在沿繩方向分解，求出兩物體的v和a的關系式，被拉直瞬間，沿繩方向的速度突然消失，此瞬間過程存在能量的損失。討論：若作圓周運動最高點速度 V0m2時，v10，v20 v1與v1方向一致；當m1m2時，v1v1，v22v1 (高射炮打蚊子) 當m1=m2時，v1=0，v2=v1 即m1與m2交換速度 當m1m2時，v10 v2與v1同向；當m1m2時，v22v1 B初動量p1一定，由p2=m2v2=，可見，當m1m2時，p22m1v1=2p1C初動能EK1一定，當m1=m2時，EK2=EK1完全非彈性碰撞應滿足： 一動一靜的完全非彈性碰撞（子彈打擊木塊模型）是高中物理的重點。特點：碰后有共同速度，或兩者的距離最大(最小)或系統(tǒng)的勢能最大等等多種說法. （主動球速度上限，被碰球速度下限） 討論：E損 可用于克服相對運動時的摩擦力做功轉化為內(nèi)能E損=fd相=mgd相=一= d相= 也可轉化為彈性勢能；轉化為電勢能、電能發(fā)熱等等；（通過電場力或安培力做功）由上可討論主動球、被碰球的速度取值范圍 “碰撞過程”中四個有用推論推論一：彈性碰撞前、后，雙方的相對速度大小相等，即： u2u1=12推論二：當質(zhì)量相等的兩物體發(fā)生彈性正碰時，速度互換。推論三：完全非彈性碰撞碰后的速度相等ABv0推論四：碰撞過程受(動量守恒)(能量不會增加)和(運動的合理性)三個條件的制約。v0AB1Av0碰撞模型vsMv0L其它的碰撞模型： 證明：完全非彈性碰撞過程中機械能損失最大。證明：碰撞過程中機械能損失表為：E=m112+m222m1u12m2u22由動量守恒的表達式中得： u2=(m11+m22m1u1)代入上式可將機械能的損失E表為u1的函數(shù)為：E=u12u1+(m112+m222)( m11+m22)2這是一個二次項系數(shù)小于零的二次三項式，顯然：當 u1=u2=時，即當碰撞是完全非彈性碰撞時，系統(tǒng)機械能的損失達到最大值 Em=m112+m222 子彈打木塊模型：物理學中最為典型的碰撞模型 (一定要掌握)子彈擊穿木塊時,兩者速度不相等；子彈未擊穿木塊時,兩者速度相等.這兩種情況的臨界情況是：當子彈從木塊一端到達另一端，相對木塊運動的位移等于木塊長度時，兩者速度相等例題：設質(zhì)量為m的子彈以初速度v0射向靜止在光滑水平面上的質(zhì)量為M的木塊，并留在木塊中不再射出，子彈鉆入木塊深度為d。求木塊對子彈的平均阻力的大小和該過程中木塊前進的距離。解析：子彈和木塊最后共同運動，相當于完全非彈性碰撞。從動量的角度看，子彈射入木塊過程中系統(tǒng)動量守恒： 從能量的角度看，該過程系統(tǒng)損失的動能全部轉化為系統(tǒng)的內(nèi)能。設平均阻力大小為f，設子彈、木塊的位移大小分別為s1、s2，如圖所示，顯然有s1-s2=d對子彈用動能定理： 對木塊用動能定理：、相減得： 式意義：fd恰好等于系統(tǒng)動能的損失；根據(jù)能量守恒定律，系統(tǒng)動能的損失應該等于系統(tǒng)內(nèi)能的增加；可見，即兩物體由于相對運動而摩擦產(chǎn)生的熱(機械能轉化為內(nèi)能),等于摩擦力大小與兩物體相對滑動的路程的乘積(由于摩擦力是耗散力，摩擦生熱跟路徑有關，所以這里應該用路程，而不是用位移)。 由上式不難求得平均阻力的大?。褐劣谀緣K前進的距離s2，可以由以上、相比得出：從牛頓運動定律和運動學公式出發(fā)，也可以得出同樣的結論。試試推理。由于子彈和木塊都在恒力作用下做勻變速運動，位移與平均速度成正比： 一般情況下，所以s2(10)安培力做功安培力所做的功對應著電能與其它形式的能的相互轉化，即W安=E電，安培力做正功，對應著電能轉化為其他形式的能（如電動機模型）；克服安培力做功，對應著其它形式的能轉化為電能（如發(fā)電機模型）；且安培力作功的絕對值，等于電能轉化的量值， WF安dBILd 內(nèi)能(發(fā)熱)(11)洛侖茲力永不做功洛侖茲力只改變速度的方向，不改變速度的大小。(12)光學光子的能量: E光子=h；一束光能量E光=Nh(N指光子數(shù)目)在光電效應中，光子的能量h=W+(13)原子物理原子輻射光子的能量h=E初E末，原子吸收光子的能量h= E末E初愛因斯坦質(zhì)能方程：Emc2(14)能量轉化和守恒定律對于所有參與相互作用的物體所組成的系統(tǒng)，其中每一個物體的能量數(shù)值及形式都可能發(fā)生變化，但系統(tǒng)內(nèi)所有物體的各種形式能量的總合保持不變功和能的關系貫穿整個物理學。現(xiàn)歸類整理如下：常見力做功與對應能的關系常見的幾種力做功能量關系數(shù)量關系式力的種類做功的正負對應的能量變化情況重力mg+重力勢能EP減小mgh=EP增加彈簧的彈力kx+彈性勢能E彈性減小W彈=E彈性增加電場力Eq+電勢能E電勢減小qU =E電勢增加滑動摩擦力f內(nèi)能Q增加fs相對= Q 感應電流的安培力F安培電能E電增加W安培力=E電合力F合+動能Ek增加W合=Ek減小重力以外的力F+機械能E機械增加WF=E機械減小汽車的啟動問題: 具體變化過程可用如下示意圖表示關鍵是發(fā)動機的功率是否達到額定功率，恒定功率啟動速度VF=a=當a=0即F=f時，v達到最大vm保持vm勻速變加速直線運動勻速直線運動恒定加速度啟動a定=即F一定P=F定v即P隨v的增大而增大當a=0時，v達到最大vm，此后勻速當P=P額時a定=0，v還要增大F=a=勻加速直線運動變加速（a）運動勻速運動 (1)若額定功率下起動,則一定是變加速運動,因為牽引力隨速度的增大而減小求解時不能用勻變速運動的規(guī)律來解.(2)特別注意勻加速起動時,牽引力恒定當功率隨速度增至預定功率時的速度(勻加速結束時的速度)，并不是車行的最大速度此后，車仍要在額定功率下做加速度減小的加速運動(這階段類同于額定功率起動)直至a=0時速度達到最大高中物理模型匯總為了形象、簡捷的處理物理問題，人們經(jīng)常把復雜的實際情況轉化成一定的容易接受的簡單的物理情境，從而形成一定的經(jīng)驗性的規(guī)律，即建立物理模型。高中物理的學習如果能滲透模型的話，大家就會很快成為持有利劍而心有劍法的劍客，時間稍長，諳熟于心，你就能手持木劍而能獨步天下。1、質(zhì)點模型：集中于典型運動規(guī)律、力和能角度分析問題。2、輕桿、輕繩、輕彈簧模型：三件的異同點，直線與圓周運動中的動力學問題和功能問題。3、掛件模型：平衡問題，死結與活結問題。采用正交分解法，圖解法，三角形法則。4、追及模型：運動規(guī)律，追及規(guī)律，臨界問題。采用數(shù)學法(函數(shù)極值法.圖像法等)和物理方法等。5、運動關聯(lián)模型：一物體運動的同時性，獨立性，等效性；多物體參與的獨立性和相互聯(lián)系。6、皮帶模型：摩擦力，牛頓運動定律，功能及摩擦生熱等問題。7、平拋模型：運動的合成與分解，牛頓運動定律，動能定理(包括帶電粒子在電場中的類平拋運動)。8、全過程模型：勻變速運動（a恒定的勻變速往復運動）的整體性，保守力與耗散力，動量守恒定律，動能定理，全過程整體法。9、人船模型：動量守恒定律，能量守恒定律。10、子彈打木塊模型：力學中的牛頓運動定律，動量守恒定律，能量守恒定律，摩擦生熱，臨界問題。11、單擺模型：簡諧運動，圓周運動中的力和能問題，采用對稱法，圖象法。12、限流與分壓器模型：電路設計，串并聯(lián)電路規(guī)律及閉合電路的歐姆定律，電能，電功率等問題。13、電路的動態(tài)變化模型：閉合電路的歐姆定律。14、等效場模型：重力場與電場都是恒力，將兩個力合成，并稱合力為“等效重力”。力和運動，能量問題。15、磁流發(fā)電機模型：平衡與偏轉，力和能