高考物理復(fù)習(xí)方法——物理模型的構(gòu)建及隱含條件的挖掘應(yīng)用

1、更好的教育，更美好的人生難點(diǎn)30 物理模型的構(gòu)建 優(yōu)盟教育中心 物理教研組隨著高考改革的深入，新高考更加突出對考生應(yīng)用能力及創(chuàng)新能力的考查，大量實(shí)踐應(yīng)用型、信息給予型、估算型命題頻繁出現(xiàn)于卷面，由此，如何于實(shí)際情景中構(gòu)建物理模型借助物理規(guī)律解決實(shí)際問題則成了一個(gè)重要環(huán)節(jié).難點(diǎn)展臺(tái)圖30-11.（）如圖30-1AB為半徑R=2 m的一段光滑圓槽，A、B兩點(diǎn)在同一水AA點(diǎn)釋放，則它運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)所用的時(shí)間為多少？（g取平面上，且 長20 cm，將小球由10 m/s2）2.（）真空中，速度v=6.4107 m/s的電子束水平地射入兩平行金屬板間，如圖30-2所示.極板長度L=8.010-2 m，間距d=

2、5.010-3 m，極板不帶電時(shí)，電子束將沿兩極板的中線通過，若兩極板間加50 Hz的交流電壓U=Umsint,當(dāng)所加電壓的最大值Um超過某一數(shù)值圖30-2 U0時(shí)，將開始出現(xiàn)以下現(xiàn)象：電子束有時(shí)通過極板 ，有時(shí)間斷（不能通過），求U0的大小.案例探究例1（）如圖30-3所示,在光滑的水平面上靜止著兩小車A和B，在A車上固定著強(qiáng)磁鐵，總質(zhì)量為5 kg,B車上固定著一個(gè)閉合的螺線管.B車的總質(zhì)量為10 kg.現(xiàn)給B車一個(gè)水平向左的100 Ns瞬間沖量，若兩車在運(yùn)動(dòng)過程中不發(fā)生直接碰撞，則相互作用過程中產(chǎn)生的熱能是多少？命題意圖：以動(dòng)量守恒定律、能的轉(zhuǎn)化守恒定律、楞次定律等知識(shí)點(diǎn)為依托，考查分析、

3、推理能力，等效類比模型轉(zhuǎn)換的知識(shí)遷移能力.錯(cuò)解分析：通過類比等效的思維方法將該碰撞等效為子彈擊木塊（未穿出）的物理模型，圖30-3更好的教育，更美好的人生是切入的關(guān)鍵，也是考生思路受阻的障礙點(diǎn).解題方法與技巧：由于感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場總是阻礙導(dǎo)體和磁場間相對運(yùn)動(dòng)，A、B兩車之間就產(chǎn)生排斥力，以A、B兩車為研究對象，它們所受合外力為零.動(dòng)量守恒，當(dāng)A、B車速度相等時(shí)，兩車相互作用結(jié)束，據(jù)以上分析可得：I=mBvB=(mA+mB)v,vB=I100= m/s=10 m/s, 10mBv=100=6.7 m/s (mA mB)從B車運(yùn)動(dòng)到兩車相對靜止過程，系統(tǒng)減少的機(jī)械能轉(zhuǎn)化成電能，電能通過電阻發(fā)熱，

4、轉(zhuǎn)化為焦耳熱.根據(jù)能量轉(zhuǎn)化與守恒：11mBv2- (mA+mB)v2 22111002 =10102-15()J=166.7 J 2215Q=例2（）在原子反應(yīng)堆中抽動(dòng)液態(tài)金屬或在醫(yī)療器械中抽動(dòng)血液等導(dǎo)電液體時(shí)，由于不允許傳動(dòng)的機(jī)械部分與這些液體相接觸，常使用一種電磁泵，圖30-4所示為這種電磁泵的結(jié)構(gòu).將導(dǎo)管放在磁場中，當(dāng)電流通過導(dǎo)電液體時(shí)，這種液體即被驅(qū)動(dòng).如果導(dǎo)管中截面面積為ah，磁圖30-4場的寬度為L，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，液體穿過磁場區(qū)域的電流強(qiáng)度為I求驅(qū)動(dòng)力造成的壓強(qiáng)差為多少？命題意圖：考查攝取信息構(gòu)建模型的實(shí)踐創(chuàng)新能力.B級(jí)要求.錯(cuò)解分析：考生慣于已知物理模型的傳統(tǒng)命題的求解，在此無

5、法通過原型啟發(fā)，將液體類比為磁場中導(dǎo)體，建立起熟知的物理模型，無法使問題切入.解題方法與技巧：此題的題源背景是電磁泵問題，它的原理是，當(dāng)電流流過液體時(shí)，液體即為載流導(dǎo)體，在磁場中將受到安培力作用，圖30-5力的方向由左手定則判定，所以液體將沿v的方向流動(dòng).液體通電后可視為導(dǎo)體，從電磁場的原理圖中可抽象出如圖30-5所示的模型，既通電導(dǎo)體在磁場中受力模型.以載流導(dǎo)體為研究對象，根據(jù)安培力公式，載流導(dǎo)體受到的安培力（即液體受力）為：更好的教育，更美好的人生F=BIh 由壓強(qiáng)公式，得p=F S且S=ah 由得p=錦囊妙計(jì)理想化模型就是為便于對實(shí)際物理問題進(jìn)行研究而建立的高度抽象的理想客體.高考命題以

6、能力立意，而能力立意又常以問題立意為切入點(diǎn)，千變?nèi)f化的物理命題都是根據(jù)一定的物理模型，結(jié)合某些物理關(guān)系，給出一定的條件，提出需要求的物理量的.而我們解題的過程，就是將題目隱含的物理模型還原，求結(jié)果的過程.運(yùn)用物理模型解題的基本程序：（1）通過審題，攝取題目信息.如：物理現(xiàn)象、物理事實(shí)、物理情景、物理狀態(tài)、物理過程等.（2）弄清題給信息的諸因素中什么是起主要因素.（3）在尋找與已有信息（某種知識(shí)、方法、模型）的相似、相近或聯(lián)系，通過類比聯(lián)想或抽象概括，或邏輯推理，或原型啟發(fā)，建立起新的物理模型，將新情景問題“難題”轉(zhuǎn)化為常規(guī)命題.（4）選擇相關(guān)的物理規(guī)律求解.殲滅難點(diǎn)訓(xùn)練1.（）一人做“蹦極”運(yùn)

7、動(dòng)，用原長15 m的橡皮繩拴住身體往下躍，若此人質(zhì)量為50 kg，從50 m高處由靜止下落，運(yùn)動(dòng)停止瞬間所用時(shí)間為4 s，則橡皮繩對人的平均作用力約為_.（g取10 m/s2）2.（）若正常人心臟在一次搏動(dòng)中泵出血液70 mL，推動(dòng)血液流動(dòng)的平均壓強(qiáng)為1.6104 Pa，設(shè)心臟主動(dòng)脈的內(nèi)徑為2.5 cm，每分鐘搏動(dòng)75次，求：（1）心臟推動(dòng)血液流動(dòng)的平均功率是多大？（2）血液從心臟流出的平均速度是多大？3.（）如圖30-6所示，一塊寬為a、厚為h的金屬導(dǎo)體放在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，磁場方向與金屬導(dǎo)體上下表面垂直.若金屬導(dǎo)體中通有電流強(qiáng)度為I、方向自左向右的圖30-6 BI a更好的教育，

8、更美好的人生電流時(shí)，金屬導(dǎo)體前后兩表面會(huì)形成一個(gè)電勢差，已知金屬導(dǎo)體單位長度中的自由電子數(shù)目為n，問：金屬導(dǎo)體前后表面哪一面電勢高？電勢差為多少？4.（）有一種磁性加熱裝置，其關(guān)鍵部分由焊接在兩個(gè)等大的金屬圓環(huán)上的n根間距相等的平行金屬條組成，成“鼠籠”狀，如圖30-7所示.每根金屬條的長度為l，電阻為R，金屬環(huán)的圖30-7直徑為D、電阻不計(jì).圖中虛線表示的空間范圍內(nèi)存在著磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場，磁場的寬度恰好等于“鼠籠”金屬條的間距，當(dāng)金屬環(huán)以角速度繞過兩圓環(huán)的圓心的軸OO旋轉(zhuǎn)時(shí)，始終有一根金屬條在垂直切割磁感線.“鼠籠”的轉(zhuǎn)動(dòng)由一臺(tái)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)，這套設(shè)備的效率為，求電動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械功率.5

9、.（）人從一定高度落地容易造成骨折，一般成人脛骨的極限抗壓力強(qiáng)度約為1.5107 N/m2，脛骨的最小橫截面積一般為3.2 cm2.假若一質(zhì)量為50 kg的人從一定高度雙足落地，落地時(shí)下蹲其重心又下降15 cm，試計(jì)算這個(gè)高度超過多大時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致脛骨骨折.6.（）電磁泵是應(yīng)用磁力來輸送導(dǎo)電液體（如液態(tài)金屬、血液等）的裝置，它不需要機(jī)械活動(dòng)組件.圖30-8是電磁泵輸送導(dǎo)電液體原理的示意圖，絕緣管道的橫截面為邊長a=0.3 cm的正方形，導(dǎo)電液體在管中緩緩流動(dòng)，在管道中取長為L=2.00 cm的部分，將它的上下管壁做成可以導(dǎo)電的導(dǎo)體，通以電流I，并在垂直于管圖30-8道和電流的方向加一個(gè)橫向磁場，

10、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B=1.50 T.要在管道中產(chǎn)生4.0103 Pa的壓強(qiáng)，推動(dòng)導(dǎo)電液體流動(dòng)，電流強(qiáng)度I應(yīng)為多少？參考答案難點(diǎn)展臺(tái)1.1.40 s 2.U0=91 V殲滅難點(diǎn)訓(xùn)練1.870880 N2.（1）1.4 W （2）0.18 m/s3.用左手定則可知，金屬導(dǎo)體后表面聚集較多的電子，故前表面電勢較高，自由電子在定向移動(dòng)過程中受電場力和洛倫茲力作用，于是更好的教育，更美好的人生eE=evB,E=U,I=nev, aaBI. neD,產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢為 2由以上三式解得：U=4.處于磁場中的金屬條切割磁感線的線速度為v=E=Blv=DBl. 2通過切割磁感線的金屬條的電流為I=ER+Rn-1=(

11、n-1)BlD. 2nR磁場中導(dǎo)體受到的安培力為F=BIl，克服安培力做功的功率為P安=Fv=1FD， 2電動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械功率為P=P安/，(n-1)B2l22D2聯(lián)立以上各式解出P= 4nR5.雙腳脛骨面積最小處能承受沖擊力的最大值F=pS=1.510723.210-4=9.6103 N設(shè)人的質(zhì)量為m，下落的安全極限高度是h1,觸地后重心又下降的高度為h2.對全過程由動(dòng)能定理有mg(h1+h2)-Fh2=0(F-mg)h2(9.6103-5010)0.15解得：h1= m=2.7 m 5010mg6.在長為L的一段導(dǎo)電液體，通過電流I時(shí)，在磁場中長為a的一段導(dǎo)電液體受安培力，F(xiàn)=Bla，其方

12、向沿管道向右，它對導(dǎo)電液體產(chǎn)生的壓強(qiáng)為p=paFBIa=2 電流I=8.0 A. SaB更好的教育，更美好的人生難點(diǎn)31 隱含條件的挖掘應(yīng)用高考物理試題對考生而言，突破的難點(diǎn)不僅在于某些綜合命題中物理過程的復(fù)雜多變，更在于各類檔次試題中物理?xiàng)l件的隱散難尋，常使考生深感“條件不足”而陷于“一籌莫展”的境地.難點(diǎn)展臺(tái) 圖31-11.（）如圖31-1所示，豎直向上的勻強(qiáng)電場E和水平方向的勻強(qiáng)磁場B正交.帶電粒子在電磁場中做半徑為R的勻速圓周運(yùn)動(dòng)，則帶電粒子速度的大小和旋轉(zhuǎn)方向怎樣？2.（）如圖31-2所示，絕緣水平面上靜止著兩個(gè)質(zhì)量均為m，電量均為+Q的物體A和B（A、B均可視為質(zhì)點(diǎn)），它們間的距離

13、為r，與平面間的摩擦因數(shù)均為.求：（1）A受的摩擦力為多大？（2）如果將A的電量增至+4Q，兩物體開始運(yùn)動(dòng)，當(dāng)它們的加速度第一次為零時(shí)，A、B各運(yùn)動(dòng)了多遠(yuǎn)距離？案例探究例1（）（2000年上海，9）兩木塊自左向右運(yùn)動(dòng)，現(xiàn)用高速攝影機(jī)在同一底片上多次曝光，記錄下每次曝光時(shí)木塊的位置，如圖31-3所示，連續(xù)兩次曝光的時(shí)間間隔是相等的.由A.在時(shí)刻t2以及時(shí)刻t3兩木塊速度相同B.在時(shí)刻t3兩木塊速度相同C.在時(shí)刻t3和時(shí)刻t4之間某瞬時(shí)兩木塊速度相同D.在時(shí)刻t4和時(shí)刻t5之間某瞬時(shí)兩木塊速度相同 圖31-3 圖可知. 圖31-2更好的教育，更美好的人生命題意圖：考查獲取信息、處理加工信息的能力及

14、挖掘隱含條件的能力，B級(jí)要求. 錯(cuò)解分析：考生思維缺乏深刻性，無法從圖片信息中獲取各時(shí)刻木塊的位置關(guān)系，挖掘出隱含條件（上面木塊做勻變速直線運(yùn)動(dòng)，而下面木塊勻速運(yùn)動(dòng)），進(jìn)而無法求解兩木塊對應(yīng)各時(shí)刻速度從而完成對比判斷.解題方法與技巧：設(shè)連續(xù)兩次曝光的時(shí)間間隔為t，記錄木塊位置的直尺最小刻度間隔長為l，由圖可以看出下面木塊間隔均為4l，木塊勻速直線運(yùn)動(dòng)，速度v=4l.上面木塊相鄰t的時(shí)間間隔時(shí)間內(nèi)木塊的間隔分別為2l、3l、4l、5l、6l、7l，相鄰相等時(shí)間間隔t內(nèi)的位移之差為l=l=恒量.所以上面木塊做勻變速直線運(yùn)動(dòng)，它在某段時(shí)間的平均速度等于中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度得t2、t3、t4、t5時(shí)刻的

15、瞬時(shí)速度分別為：2l+3l5l3l+4l7l=;v3= 2t2t2t2t4l+5l9l5l+6l11lv4= =;v5= = 2t2t2t2t4l可見速度v=介于v3、v4之間，選項(xiàng)C正確。 tv2=例2（）如圖31-4所示，在真空中速度v=6.4107 m/s的電子束連續(xù)地射入兩平行極板之間，極板長度L=8.010-2m,間距d=0.5010-2 m,兩極板上加50 Hz的交流電壓U=U0sint,如果所加電壓的最大值U0超過某一值Uc時(shí)，將開始出現(xiàn)以下現(xiàn)象：電子束有時(shí)能通過兩極板，有時(shí)間斷不能通過，求Uc的大小.(me=9.010-31 kg,e=1.610-19 C)命題意圖：考查挖掘理

16、想化條件構(gòu)建物理模型的能力，B級(jí)要求.錯(cuò)解分析：沒有通過分析解得電子束通過極板的時(shí)間，并與電壓周期比較，挖掘tT的條件，將電場理想化處理，使問題求解更為復(fù)雜、易錯(cuò).解題方法與技巧：該題既有物體本身理想化，又有所處條件的理想化.（1）首先，電子可被理想化為點(diǎn)電荷；（2）從“兩極板不帶電時(shí)，電子束將沿兩極板之間中線通過”可知：電子束間相互作用可忽略，電子重力可忽略；（3）由于電子通過極板時(shí)間為： 圖31-4L8.010-2-9t=1.210 s, 7v6.410而交流電周期：T=11= s=10-2 s f50可見tT,因此，電子通過極板區(qū)的正弦交變電場在t時(shí)間內(nèi)可理想化為勻強(qiáng)電場.（這更好的教育

17、，更美好的人生是一個(gè)隱含條件，也是解題關(guān)鍵）L vd1由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式：=at2 22則有：t=由牛頓第二定律：F=ma a=FeUc= mmdmv2d2聯(lián)立可得：Uc=91 V 2eL錦囊妙計(jì)如何迅速識(shí)破高考命題中的隱含條件，選擇物理過程遵循的物理規(guī)律，簡潔高效地完成解題，集中體現(xiàn)了考生的綜合分析能力.在平常解題中養(yǎng)成通過審題仔細(xì)分析推敲關(guān)鍵詞語，從物理模型、物理現(xiàn)象、物理過程、物理變化和臨界狀態(tài)中去尋找挖掘隱含條件的良好習(xí)慣.就命題中條件的隱含形式通常表現(xiàn)為以下幾種方式：1.隱含在題給的物理現(xiàn)象中.題設(shè)的條件中必然反映若干物理現(xiàn)象，這些現(xiàn)象本身就包含了解題所需的已知條件.深刻領(lǐng)會(huì)物理現(xiàn)象的含義

18、、產(chǎn)生原因和條件是獲取已知條件的關(guān)鍵.例：“宇航員在運(yùn)行的宇宙飛船中”示意宇航員處于失重狀態(tài)，“通迅衛(wèi)星”示意衛(wèi)星運(yùn)行角速度或周期與地球的相同，即同步，“導(dǎo)體處于平衡狀態(tài)”示意物體是等勢體，內(nèi)部場強(qiáng)為零2.隱含在物理模型的理想化條件中.在試題中常將理想化條件隱含在有關(guān)詞語或題意中，需要運(yùn)用理想模型去捕捉和挖掘.如質(zhì)點(diǎn)和點(diǎn)電荷，都不計(jì)其形狀和大?。惠p質(zhì)彈簧即不計(jì)其重；光滑表面即不計(jì)其摩擦；理想變壓器即不計(jì)功率損耗等.3.隱含在臨界狀態(tài)中：當(dāng)物體由一種運(yùn)動(dòng)（或現(xiàn)象、性質(zhì)）轉(zhuǎn)變成另一種運(yùn)動(dòng)（或現(xiàn)象、性質(zhì)）時(shí)，包含著量變到質(zhì)變的過程，這個(gè)過程隱含著物體的臨界狀態(tài)及其臨界條件，需通過分析、推理來挖掘.4

19、.隱含在題設(shè)附圖中：許多物理試題的部分條件常隱含于題設(shè)圖形中及圖形的幾何性質(zhì)中，需考生通過觀察、分析予以挖掘和發(fā)現(xiàn).5.隱含于常識(shí)中：許多物理試題某些條件由于是人們的常識(shí)而沒有在題中給出，造成所求量與條件之間一種比較隱蔽的關(guān)系，需考生據(jù)題意多角度分析，展開聯(lián)想，深刻挖掘，根據(jù)一些常識(shí)，提取或假設(shè)適當(dāng)?shù)臈l件和數(shù)據(jù)，以彌補(bǔ)題中已知條件中的不足進(jìn)而達(dá)到解題目更好的教育，更美好的人生的.殲滅難點(diǎn)訓(xùn)練1.（）估算地球大氣層空氣的總重量（地球半徑R=6.4106 m,大氣壓強(qiáng)p0=1.0105 Pa）2.（）如圖31-5所示，置于光滑水平面上的光滑斜面傾角為,質(zhì)量為M，質(zhì)量為m的滑塊置于其上，試討論當(dāng)水平

20、向左的力F作用于斜面上時(shí)，F(xiàn)的大小與兩物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的關(guān)系. 圖31-53.（）原來靜止在光滑水平桌面上的木塊，被水平方向射來的子彈擊中，當(dāng)子彈進(jìn)入木塊深度為2 cm時(shí)，木塊相對于桌面移動(dòng)1 cm，然后子彈與木塊以共同的速度運(yùn)動(dòng)，則子彈和木塊摩擦產(chǎn)生的內(nèi)能與子彈損失的動(dòng)能之比為多少？4.（）在有限區(qū)域PQ的右方有垂直紙面指向讀者的勻強(qiáng)磁場，今有兩粒子M、N在界面處以相同的速率與界面分別成60和30垂直于磁感應(yīng)強(qiáng)度方向進(jìn)入磁場，若帶電量qM=2qN,M帶正電，N帶負(fù)電，質(zhì)量mM=2mN(但重力不計(jì)），求：它們在磁場中運(yùn)動(dòng)時(shí)間之比.5.（）1957年第一顆人造衛(wèi)星上天，開辟了人類宇航的新時(shí)代.四十

21、多年來，人類不僅發(fā)射了人造地球衛(wèi)星，還向宇宙空間發(fā)射了多個(gè)空間探測器.空間探測器要飛向火星等其他行星，甚至飛出太陽系，首先要克服地球?qū)λ囊Φ淖饔?理論研究表明，物體在地球附近都受到地球?qū)λ娜f有引力的作用，具有引力勢能，設(shè)物體在距地球無限遠(yuǎn)處的引力勢能為零，則引力勢能可以表示為E=-GMm，其中G是萬有引力常量，M是地球的質(zhì)r量，m是物體的質(zhì)量，r是物體距地心的距離.現(xiàn)有一個(gè)空間探測器隨空間站一起繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)，運(yùn)行周期為T，要使這個(gè)空間探測器從空間站出發(fā)，脫離地球的引力作用，至少要對它做多少功？6.（）天文學(xué)家根據(jù)天文觀測宣布了下列科研成果：銀河系中可能存在一個(gè)大“黑洞”.距“黑洞”60108 km的星體以2000 km/s的速度繞其旋轉(zhuǎn)，接近黑洞的所有物質(zhì)即使速度等于光速也逃脫不了其引力作用，試估算“黑洞”的最大半徑.更好的教育，更美好的人生參考答案難點(diǎn)展臺(tái)