物理模型的構(gòu)建

1、物理模型的構(gòu)建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，如何于實際情景中構(gòu)建物理模型借 助物理規(guī)律解決實際問題則成了一個重要環(huán)節(jié).難點磁場()如圖30-1所示，AB為半徑R=2 m的一段光滑圓槽，A、B兩點在同一水平面上，且AB長20 cm，將小球由A點釋放，則它運動到B點所用的時間為多少？ (g取 10 m/s2)圖 30-12. ()真空中，速度v=6. 4X 107 m/s的電子束水平地射入兩平行金屬板間，如圖30-2所示.極板長度圖 30-12. ()真空中，速度v=6. 4X 107 m/s的電子束

2、水平地射入兩平行金屬板間，如圖30-2所示.極板長度L=8. 0X10-2 m，間距d=5. 0X10-3 m，極板不帶電時，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=UmsinS,當所加電壓的最大值圖 30-2Um超過某一數(shù)值U0時，將開始出現(xiàn)以下現(xiàn)象：電子束有時通過極板有時間斷(不能通過)，求U0的大小.案例探究例()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車上固定著強磁鐵，總質(zhì)量為5 kg,B車上固定著一個閉合的螺線管.B車的總質(zhì)量為10 kg.現(xiàn)給B車一個水平向左的100 Ns瞬間沖量，若兩車在運動過程中不發(fā)生直接碰撞，則相互作用過程中產(chǎn)生的熱能是

3、多少?圖 30-3命題意圖：以動量守恒定律、能的轉(zhuǎn)化守恒定律、楞次定律等知識點為依托，考查分析、 推理能力，等效類比模型轉(zhuǎn)換的知識遷移能力.錯解分析：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， 是切入的關(guān)鍵，也是考生思路受阻的障礙點.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)體和磁場間相對運動，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.動量守恒，當A、 B車速度相等時，兩車相互作用結(jié)束，據(jù)以上分析可得：m/s=10 m/s,I 100m/s=10 m/s,I=mBVB=(mA+mBVB=云=10100v= =6. 7 m/s(m

4、m )從B車運動到兩車相對靜止過程，系統(tǒng)減少的機械能轉(zhuǎn)化成電能，電能通過電阻發(fā)熱， 轉(zhuǎn)化為焦耳熱.根據(jù)能量轉(zhuǎn)化與守恒:(mA+mB)v21100=X10X102- X15X()2 J=166. 7 J215圖 30-4例2 ( )在原子反應(yīng)堆中抽動液態(tài)金屬或在醫(yī)療器 械中抽動血液等導(dǎo)電液體時，由于不允許傳動的機械部 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，當電流通過 導(dǎo)電液體時，這種液體即被驅(qū)動.如果導(dǎo)管中截面面積 為a-h，磁場的寬度為L，磁感應(yīng)強度為B，液體穿過磁場區(qū)域的電流強度為I求 驅(qū)動力造成的壓強差為多少？圖 30-4命題意圖：考查

5、攝取信息構(gòu)建模型的實踐創(chuàng)新能力.B級要求.錯解分析：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， 當電流流過液體時，液體即為載流導(dǎo)體，在磁場中將受到安培力作用， 力的方向由左手定則判定，所以液體將沿U的方向流動.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：F=BIhF由壓強公式，得p=3且 S=a hBI由得p= -a錦囊妙

6、計理想化模型就是為便于對實際物理問題進行研究而建立的高度抽象的理想客體.高考命題以能力立意，而能力立意又常以問題立意為切入點，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.運用物理模型解題的基本程序：通過審題，攝取題目信息.如：物理現(xiàn)象、物理事實、物理情景、物理狀態(tài)、物 理過程等.弄清題給信息的諸因素中什么是起主要因素.在尋找與已有信息(某種知識、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

7、規(guī)命題.選擇相關(guān)的物理規(guī)律求解.殲滅難點訓(xùn)練() 一人做“蹦極”運動，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，運動停止瞬間所用時間為4 s，則橡皮繩對人的平均 作用力約為. (g取10 m/s2)( )若正常人心臟在一次搏動中泵出血液70 mL，推動血液流動的平均壓強為1. 6X104 ?2，設(shè)心臟主動脈的內(nèi)徑為2. 5 cm，每分鐘搏動75次，求:心臟推動血液流動的平均功率是多大？血液從心臟流出的平均速度是多大？()如圖30-6所示，一塊寬為。、厚為h的金屬導(dǎo)體放在磁感應(yīng)強度為b的勻強磁場中，磁場方向與金屬導(dǎo)不佇!體上下表面垂直.若金屬導(dǎo)體中通

8、有電流強度為/、方向自左向右的電流時，金屬導(dǎo)體前后兩表面會形成一個電勢差，圖30-6已知金屬導(dǎo)體單位長度中的自由電子數(shù)目為，問：金屬導(dǎo)體前后表面哪一面電勢高?電勢差為多少？()有一種磁性加熱裝置，其關(guān)鍵部分由焊接在兩個等大的金屬圓環(huán)上的n根間距相等的平行金屬條組成，成“鼠圖 30-7籠”狀，如圖30-7所示.每根金屬條的長度為/，電阻為R，金屬環(huán)的直徑為。、電阻不計.圖中虛線表示的空間范圍內(nèi)存在著磁感應(yīng)強度為B的 勻強磁場，磁場的寬度恰好等于“鼠籠”金屬條的間距，當金屬環(huán)以角速度3繞過兩圓 環(huán)的圓心的軸00旋轉(zhuǎn)時，始終有一根金屬條在垂直切割磁感線.“鼠籠”的轉(zhuǎn)動由 一臺電動機帶動，這套設(shè)備的效

9、率為n，求電動機輸出的機械功率.()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度約為1. 5X 107 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，落地時下蹲其重心又下降15 cm，試計算這個高度超過多大時，就會導(dǎo)致 脛骨骨折.( )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，它不需要機械活動組件.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。=0. 3 cm的正方形，導(dǎo)電液體在管中緩緩流動，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，勺/

10、芋電勝苒并在垂直于管道和電流的方向加一個橫向磁場，磁感應(yīng)強，一 芋電勝苒度為B=1. 50 T.要在管道中產(chǎn)生4. 0X103 Pa的壓強推動導(dǎo)電液體流動，電流強度I應(yīng)為多少?圖 30-8難點30物理模型的構(gòu)建參考答案難點磁場1. 1. 40 s 2. U0=91 V殲滅難點訓(xùn)練1.870880N2.(1) 1. 4 W (2) 0. 18 1.870880N2.(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過程中受電場力和洛倫茲力作用，于是eE=evB,E= ,I=nev,a,口 aBI由以上三式解得：U=ne4.D處于磁場中的金屬條切割磁感線的線速度為V= 3,產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為DE=Blv= Bl 3.2通過切割磁感線的金屬條的電流為E(n 1) Blw DI=D R2nRR + n 1磁場中導(dǎo)體受到的安培力為F=B，克服安培力做功的功率為1P =Fv=- F-D，安 2電動機輸出的機械功率為p=p安/n，(n 1)B 212 2 D 2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. 5X107X2X3. 2X10-4=9. 6X103 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