難點29物理狀態(tài)及物理過程的分析

1、難點 29物理狀態(tài)及物理過程的分析成功的高考命題具有立意高、情境新、設(shè)問巧的特點.盡管 " 立意 "是考題的靈魂，但是復(fù)雜新穎的情境設(shè)置同樣是命題者苦心經(jīng)營的重要環(huán)節(jié)，考生能否從復(fù)雜的物理情景中，對物理狀態(tài)和過程作出清晰明了的認(rèn)識和分析是重點的問題也是一個難點問題.難點磁場1.（）如圖 29-1 所示，當(dāng)金屬棒 a 在金屬軌道上運動時，線圈 b 向右擺動，則金屬棒aA. 向左勻速運動B.向右減速運動C.向左減速運動圖 29-1D. 向右加速運動2.（） 如圖 29-2 所示， A、B、C 三物塊質(zhì)量均為m，置于光滑水平臺面上.B、C 間夾有原已完全壓緊不能再壓縮的彈簧，兩物

2、塊用細(xì)繩相連，使彈簧不能伸展 .物塊 A 以初速度 v 沿 B、C 連線方向向 B 運動，相碰后， A 與 B、C 粘合在一起，然后連接B、C 的細(xì)繩因受擾動而突然斷開，彈簧伸展，從而使C 與 A、 B 分離，脫離彈簧后 C 的速度為v.圖 29-2(1)求彈簧所釋放的勢能E.(2)若更換 B、 C 間的彈簧，當(dāng)物塊A 以初速 v0 向 B 運動，物塊 C 在脫離彈簧后的速度為 2v，則彈簧所釋放的勢能E是多少 ?(3)若情況 (2) 中的彈簧與情況(1) 中的彈簧相同，為使物塊C 在脫離彈簧后的速度仍為2v ，A 的初速度 v 應(yīng)為多大 ?案例探究例 1（）質(zhì)量為m 的鋼板與直立輕彈簧的上端

3、連接，彈簧下端固定在地上.平衡時彈簧的壓縮量為x0，如圖 29-3所示 .一物塊從鋼板正上方距離為3x0 的 A 處自由落下，打在鋼板上并立刻與鋼板一起向下運動，但不粘連 .它們到達(dá)最低點后又向上運動.已知物塊質(zhì)量為 m時，它們恰能回到O 點 .若物塊質(zhì)量為2m，仍從 A 處自由落下，則物塊與鋼板回到 O 點時，還具有向上的速度.求物塊向上運動到達(dá)的最高點圖 29-3與O點的距離.命題意圖： 通過自由落體運動、豎直上拋運動、動量守恒定律、能量守恒定律等知識為依托，考查考生挖掘隱含條件的能力及運用動量觀點、能量觀點綜合分析解決物理問題的能力.錯解分析： 考生不能將該復(fù)雜的物理過程化階段逐層分析，

4、規(guī)律透析不到位，導(dǎo)致錯誤.解題方法與技巧：(1) 物體下落與鋼板碰撞過程.對不同階段物體狀態(tài)及運動由自由落體運動知識，知碰前物體的速度為v 6gx0，設(shè)碰后速度為v ，因碰撞過程時間極短，故物體與鋼板系統(tǒng)動量守恒.mv mvv v06gx02(2)彈簧開始壓縮到又伸長至O 點的過程.剛碰完彈簧開始壓縮時的彈簧的彈性勢能令為p，當(dāng)它們一起回到O 點時，彈簧無形變，彈性勢能為零.由機械能守恒，有p 1 mv mg所以 p 12mg2(3)當(dāng)物體質(zhì)量為2m 時，由自由落體知識及動量守恒定律，有v 6gx0 和mv mv，解得 v 26gx0，其中 v 為物體與鋼板碰后的共同速度 .3Ep，它們回到

5、O 點時，彈性勢能為零，但它們?nèi)岳^續(xù)向剛碰完時彈簧的彈性勢能為上運動，設(shè)此時速度為v,則有 p1（ m） v mg1（ m）v .22又因與鋼板碰撞的兩次過程中，彈簧的初始壓縮量都是x，故有 p p，從而由以上求得： v gx0(4)物體回到 O 點后繼續(xù)上升過程 .當(dāng)質(zhì)量為 2m 的物塊與鋼板一起回到O 點時，彈簧的彈力為零， 物塊與鋼板只受到重力作用，加速度為g,一過 O 點，鋼板受到彈簧向下的拉力作用，加速度大于g.由于物塊與鋼板不粘連，物塊不可能受到鋼板的拉力，其加速度仍為g,故在 O 點物塊與鋼板分離，分離后，物塊以速度 v 豎直上拋，因此，物塊上升的最大高度為Hv2x0.2g2例

6、2（）如圖29-4 所示，一根長為l 的輕繩，一端固定在 O 點，另一端拴一個質(zhì)量為m 的小球 .用外力把小球提到圖示位置，使繩伸直， 并在過 O 點的水平面上方， 與水平面成30°角 .從靜止釋放小球，求小球通過 O 點正下方時繩的拉力大小 .圖 29-4命題意圖：考查考生對物理過程和狀態(tài)的分析能力及綜合能力.B 級要求 .錯解分析： 考生缺乏層層深入的分析能力，忽視了懸繩從伸直到對小球有拉力為止的短暫過程中，機械能的損失， 直接對小球從初位置到末位置列機械能守恒的方程求最低點速度，導(dǎo)致錯誤 .解題方法與技巧： 選小球為研究對象， 其運動過程可分為三個階段如圖 29-5 所示：（1

7、）從 A 到 B 的自由落體運動 .據(jù)機械能守恒定律得：mgl=12mvB2(2)在 B 位置有短暫的繩子對小球做功的過程，小球的速度由豎直向下的 vB 變?yōu)榍邢虻?vB,動能減小 .圖 29-5則有： vB =vB cos30°(3)小球由 B 點到 C 點的曲線運動，機械能守恒則有： 1mvB 2+mgl(1-cos60° )=1mvC222在 C 點由牛頓第二定律得2vCT-mg=ml聯(lián)立解得7T= mg2錦囊妙計物理過程，即物理現(xiàn)象變化發(fā)展過程，它與某一段時間相對應(yīng).狀態(tài)則與物理過程中的某個時刻相對應(yīng) .任何一個物理過程均有初末兩個狀態(tài)及無數(shù)個中間狀態(tài).物體的狀態(tài)通

8、常用狀態(tài)參量描述 .一個物理問題的求解， 很重要的環(huán)節(jié)即是對題目中包含物理過程和物理狀態(tài)的分析，只有對物理過程的本質(zhì)作深刻的透析，才能發(fā)現(xiàn)其遵循的規(guī)律， 才能選擇相應(yīng)的物理公式、規(guī)律去求解某狀態(tài)下的未知狀態(tài)參量或某過程中未知過程量，達(dá)到對問題的求解目的.一般說， 一個具體的物理問題可能是只討論某一確定狀態(tài)下各參量間關(guān)系；有些復(fù)雜問題往往包含幾個或多個連續(xù)復(fù)雜的過程，這就要求考生樹立善于將復(fù)雜過程隔離分為若干個不同階段來處理的意識，對每個階段初末狀態(tài)及每個過程遵循的不同物理規(guī)律作深入的分析，同時要注意兩相鄰階段中間狀態(tài)，或某過程中臨界狀態(tài)的分析.所有這些如果都分析清楚了，一般說來問題的解決思路也

9、就明確了.殲滅難點訓(xùn)練1.（）在半徑為 r 的軌道上做勻速圓周運動的衛(wèi)星，它所具有的機械能為 E、動能為 Ek，由于某種原因使它的速度突然增大，則當(dāng)它重新穩(wěn)定下來做勻速圓周運動，它的A. r 增大， E 增大， Ek 增大B.r 增大， E 增大， Ek 減小C.r 減小， E 增大， Ek 減小D.r 減小， E 減小， Ek 增大2.（）電飯鍋工作時有兩種狀態(tài)：一種是鍋內(nèi)水燒干前的加熱狀態(tài)， 另一種是鍋內(nèi)水燒干后的保溫狀態(tài) .如圖 29-6 所示是電飯鍋電路的示意圖， S 是感溫材料制造的開關(guān)， R1 是電阻， R2 是加熱用的電阻絲，那么當(dāng)開關(guān)S 接通時，電飯鍋所處的工作狀態(tài)為_.如果要

10、使 R2在保溫狀態(tài)時的功率是加熱狀態(tài)時的1 ，那么9R1 =_.圖 29-6R23.（） （ 2002 年上海）如圖29-7 所示，兩條相互平行的光滑金屬導(dǎo)軌位于水平距離為l=0.2 m，在導(dǎo)軌的一端接有阻值為R=0.5 的電阻，在 x 0 處有一與水平面垂直的均勻磁場，磁感應(yīng)強度 B=0.5 T.一質(zhì)量為 m=0.1 kg 的金屬直桿垂直放置在導(dǎo)軌上，并以v0=2 m/s 的初速度進入磁場，在安培力和一垂直于桿的水平外力F 的共同作用下做勻速直線運圖 29-7動，加速度大小為2.設(shè)導(dǎo)軌和金屬桿的電阻都可a=2 m/s 、方向與初速度方向相反以忽略，且接觸良好.求：（ 1）電流為零時金屬桿所處

11、的位置；（ 2）電流為最大值的一半時施加在金屬桿上外力F 的大小和方向；（ 3）保持其他條件不變， 而初速度 v0 取不同值， 求開始時 F 的方向與初速度 v0 取值的關(guān)系 .4.（） 如圖 29-8 所示， 小車 A 的質(zhì)量 M=2 kg ，置于光滑水平面上， 初速度為 v0=14 m/s.帶正電荷 q=0.2 C 的可視為質(zhì)點的物體B，質(zhì)量 m=0.1 kg ，輕放在小車 A 的右端， 在 A、B 所在的空間存在著勻強磁場，方向垂直紙面向里，磁感應(yīng)強度B=0.5 T ，物體與小車之圖 29-8間有摩擦力作用，設(shè)小車足夠長，求：（ 1）B 物體的最大速度？（ 2）小車 A 的最小速度？（

12、3）在此過程中系統(tǒng)增加的內(nèi)能？（g=10 m/s2）5.（）如圖29-9 所示，長木板A 右邊固定著一個擋板，包括擋板在內(nèi)的總質(zhì)量為 1.5M，靜止在光滑的水平地面上.小木塊 B 質(zhì)量為 M，從A 的左端開始以初速度v0 在 A 上滑動，滑到右端與擋板發(fā)生碰撞，已知碰撞過程時間極短，碰后木塊B 恰好滑到 A 的左端就停止滑動 .已知 B 與 A 間的動摩擦因數(shù)為 ，B 在 A 板上單程滑行長度為 l.求：3v0 2（ 1）若 l=，在 B 與擋板碰撞后的運動過程中，摩擦力對木板圖 29-9A 做正功還是負(fù)160g功？做多少功？（ 2）討論 A 和 B 在整個運動過程中，是否有可能在某一段時間里

13、運動方向是向左的.如果不可能，說明理由；如果可能，求出發(fā)生這種情況的條件.6.（）如圖 29-10 所示，足夠長的 U 形導(dǎo)體框架的寬度 L=0.5 m ，電阻忽略不計， 其所在平面與水平面成 =37 ° .磁感應(yīng)強度 B=0.8 T 的勻強磁場方向垂直于導(dǎo)體框平面，一根質(zhì)量為m=0.2 kg、有效電阻 R=2 的導(dǎo)體棒 MN 垂直跨放在 U 形框架上，該導(dǎo)體棒與框架間的動摩擦因數(shù) =0.5，導(dǎo)體棒由靜止開始沿框架下圖 29-10滑到剛開始勻速運動時，通過導(dǎo)體棒截面的電量共為Q=2 C ，求：（ 1）導(dǎo)體棒做勻速運動時的速度；（ 2）導(dǎo)體棒從開始下滑到剛開始勻速運動這一過程中，導(dǎo)體棒

14、的有效電阻消耗的電功.（ sin37 °=0.6,cos37°=0.8, g 取 10 m/s2）難點 29 物理狀態(tài)及物理過程的分析難點磁場1.C 2.（ 1） E=1mv02 （2）E =1m(v-6v0)2 （3） v=4v0312殲滅難點訓(xùn)練1.B 2.加熱； 2 13.（ 1） 1 m(2)向右運動， F=0.18 N ，方向與x 軸相反；向左運動，F(xiàn)=0.22 N ，方向與 x 軸相反（ 3）當(dāng) v0<10 m/s 時， F 與 x 軸反向， v0>10 m/s， F 與 x 軸同向 .4.（ 1）對 B 物體： fB +FN= =mg,當(dāng) B 速度

15、最大時，有FN=0，mg即 vmax=10 m/s.Bq(2)A、B 系統(tǒng)動量守恒：Mv0=Mv +mvmax, v=13.5 m/s ，即為 A 的最小速度 .（ 3）Q=E= 1 Mv02- 1 Mv2- 1222mvmax2=8.75 J.5.(1)B 與 A 碰撞后， B 相對于 A 向左運動， A 所受摩擦力方向向左，A 的運動方向向右，故摩擦力做負(fù)功 .設(shè) B 與 A 碰撞后的瞬間A 的速度為 v1,B 的速度為 v2, A、B 相對靜止后的共同速度為 v，整個過程中A、B 組成的系統(tǒng)動量守恒，有Mv0=( M+1.5M )v,v=2v0 .5碰撞后直至相對靜止的過程中， 系統(tǒng)動量

16、守恒， 機械能的減少量等于系統(tǒng)克服摩擦力做的功，即Mv2+1.5 Mv1=2.5Mv ,1 × 1.5Mv12+1Mv 22-1 × 2.5Mv2 =M gl,21223可解出 v1= v0(另一解 v1=v0 因小于 v 而舍去 )210這段過程中，A 克服摩擦力做功W=1× 1.5Mv21× 1.5Mv221 -2=27Mv02(0.068Mv 02).400(2)A 在運動過程中不可能向左運動，因為在B 未與 A 碰撞之前， A 受到的摩擦力方向向右，做加速運動，碰撞之后A 受到的摩擦力方向向左，做減速運動，直到最后，速度仍向右，因此不可能向左運動 .B 在碰撞之后，有可能向左運動，即v2<0.先計算當(dāng) v2=0 時滿足的條件，由式，得v1=2v0 -2v2,當(dāng) v2=0 時， v1=2v0，代入式，得3331× 1.5M4v021× 2.5M4v0229-2=M gl,25解得 gl =2v0215