高中物理常見十種模型3

高中物理常見十種模型目錄CONTENTS質(zhì)點(diǎn)模型勻變速直線運(yùn)動(dòng)模型拋體運(yùn)動(dòng)模型圓周運(yùn)動(dòng)模型萬有引力定律與天體運(yùn)動(dòng)模型目錄CONTENTS機(jī)械能守恒定律模型電場(chǎng)與磁場(chǎng)模型恒定電流模型電磁感應(yīng)模型振動(dòng)和波模型01質(zhì)點(diǎn)模型質(zhì)點(diǎn)定義質(zhì)點(diǎn)性質(zhì)質(zhì)點(diǎn)定義及性質(zhì)質(zhì)點(diǎn)具有質(zhì)量，但沒有體積和形狀。因此，質(zhì)點(diǎn)的位置可以用一個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)來表示。質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可以用速度、加速度等物理量來描述。質(zhì)點(diǎn)是一個(gè)理想化的物理模型，它忽略了物體的形狀和大小，只考慮物體的質(zhì)量。在物體的大小和形狀對(duì)所研究的問題影響可忽略不計(jì)時(shí)，可將物體視為質(zhì)點(diǎn)。牛頓運(yùn)動(dòng)定律勻速直線運(yùn)動(dòng)勻變速直線運(yùn)動(dòng)質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)規(guī)律質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)遵循牛頓運(yùn)動(dòng)定律，即F=ma。其中，F(xiàn)是作用在質(zhì)點(diǎn)上的合外力，m是質(zhì)點(diǎn)的質(zhì)量，a是質(zhì)點(diǎn)的加速度。當(dāng)質(zhì)點(diǎn)所受合外力為零時(shí)，質(zhì)點(diǎn)將保持靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。當(dāng)質(zhì)點(diǎn)所受合外力為恒力時(shí)，質(zhì)點(diǎn)將做勻變速直線運(yùn)動(dòng)。其加速度恒定，速度隨時(shí)間均勻變化。01020304例題1分析例題2分析典型例題分析一質(zhì)點(diǎn)在水平面上做勻變速直線運(yùn)動(dòng)，初速度為v0，加速度為a，經(jīng)過時(shí)間t后，質(zhì)點(diǎn)的速度變?yōu)槎嗌伲扛鶕?jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，質(zhì)點(diǎn)的速度隨時(shí)間均勻變化。因此，經(jīng)過時(shí)間t后，質(zhì)點(diǎn)的速度v=v0+at。自由落體運(yùn)動(dòng)是初速度為零、只受重力的勻加速直線運(yùn)動(dòng)。根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)的位移公式s=1/2at^2，可得質(zhì)點(diǎn)在t秒內(nèi)的位移s=1/2gt^2。一質(zhì)點(diǎn)在豎直方向上做自由落體運(yùn)動(dòng)，已知重力加速度為g，求質(zhì)點(diǎn)在t秒內(nèi)的位移。02勻變速直線運(yùn)動(dòng)模型

勻變速直線運(yùn)動(dòng)基本公式速度公式$v=v_0+at$，其中$v_0$是初速度，$a$是加速度，$t$是時(shí)間。該公式用于計(jì)算物體在勻變速直線運(yùn)動(dòng)中的速度。位移公式$x=v_0t+frac{1}{2}at^2$，其中$x$是位移。該公式用于計(jì)算物體在勻變速直線運(yùn)動(dòng)中的位移。速度位移關(guān)系式$v^2-v_0^2=2ax$，該公式揭示了速度、位移和加速度之間的關(guān)系。在勻變速直線運(yùn)動(dòng)中，物體的速度隨時(shí)間線性變化。因此，在$v-t$圖像上，物體的運(yùn)動(dòng)軌跡是一條傾斜的直線。直線的斜率表示加速度，直線與縱軸的交點(diǎn)表示初速度。$v-t$圖像在勻變速直線運(yùn)動(dòng)中，物體的位移隨時(shí)間二次方變化。因此，在$x-t$圖像上，物體的運(yùn)動(dòng)軌跡是一條拋物線。拋物線的開口方向和寬窄程度反映了加速度的大小和方向。$x-t$圖像勻變速直線運(yùn)動(dòng)圖像分析例題二一物體以$10m/s$的初速度做勻減速直線運(yùn)動(dòng)，加速度大小為$2m/s^2$，求物體在$4s$內(nèi)的位移和$4s$末的速度。例題一一物體從靜止開始做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，加速度為$2m/s^2$，求物體在第$3s$末的速度和$3s$內(nèi)的位移。例題三一物體做勻變速直線運(yùn)動(dòng)，初速度為$4m/s$，加速度為$2m/s^2$，方向與初速度方向相反。當(dāng)物體速度減小到零時(shí)，求物體的位移和所用時(shí)間。典型例題分析03拋體運(yùn)動(dòng)模型運(yùn)動(dòng)軌跡水平方向豎直方向合速度平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律及特點(diǎn)01020304平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡是一條拋物線。物體在水平方向上做勻速直線運(yùn)動(dòng)，水平分速度保持不變。物體在豎直方向上做自由落體運(yùn)動(dòng)，豎直分速度逐漸增大。物體的合速度大小和方向都在不斷變化，合速度的方向與水平方向的夾角逐漸減小。運(yùn)動(dòng)軌跡水平方向豎直方向合速度斜拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律及特點(diǎn)斜拋運(yùn)動(dòng)的軌跡是一條斜線。物體在豎直方向上做豎直上拋運(yùn)動(dòng)，豎直分速度先減小后增大。物體在水平方向上做勻速直線運(yùn)動(dòng)，水平分速度保持不變。物體的合速度大小和方向都在不斷變化，合速度的方向與水平方向的夾角先增大后減小。例題1一物體以一定的初速度水平拋出，落地時(shí)速度與水平方向的夾角為θ，求物體在空中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t。例題2一物體以一定的初速度斜向上拋出，最高點(diǎn)與拋出點(diǎn)的距離為h，求物體拋出時(shí)的初速度v0。例題3一物體以一定的初速度平拋，經(jīng)過時(shí)間t后物體的速度方向與水平方向的夾角為θ，求物體拋出時(shí)的初速度v0及物體在這段時(shí)間內(nèi)下落的距離h。典型例題分析04圓周運(yùn)動(dòng)模型$v=frac{2pir}{T}$，其中$v$是線速度，$r$是半徑，$T$是周期。線速度公式$omega=frac{2pi}{T}$，其中$omega$是角速度。角速度公式$a_n=frac{v^2}{r}=omega^2r$，其中$a_n$是向心加速度。向心加速度公式勻速圓周運(yùn)動(dòng)基本公式向心加速度與向心力的關(guān)系$F_n=ma_n$，其中$F_n$是向心力，$m$是質(zhì)量。向心力來源勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力可以由合外力提供，如重力、彈力、摩擦力等。向心加速度與向心力關(guān)系例題1解析例題2解析典型例題分析根據(jù)勻速圓周運(yùn)動(dòng)基本公式，可以求出線速度$v=frac{2pir}{T}$和向心加速度$a_n=frac{v^2}{r}$，再根據(jù)向心加速度與向心力的關(guān)系$F_n=ma_n$，可以求出小球受到的向心力大小。一個(gè)質(zhì)量為$m$的小球在水平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，半徑為$r$，周期為$T$，求小球受到的向心力大小。在最高點(diǎn)和最低點(diǎn)時(shí)，小球受到的重力和拉力的合力提供向心力。根據(jù)勻速圓周運(yùn)動(dòng)基本公式和向心加速度與向心力的關(guān)系，可以分別求出在最高點(diǎn)和最低點(diǎn)時(shí)受到的向心力大小。一個(gè)質(zhì)量為$m$的小球在豎直平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，半徑為$r$，周期為$T$，求小球在最高點(diǎn)和最低點(diǎn)時(shí)受到的向心力大小。05萬有引力定律與天體運(yùn)動(dòng)模型自然界中任何兩個(gè)物體都存在相互吸引的力，這種力的大小與兩物體的質(zhì)量乘積成正比，與它們之間的距離的平方成反比。萬有引力定律F=G*m1*m2/r^2，其中G為萬有引力常數(shù)，m1和m2分別為兩個(gè)物體的質(zhì)量，r為它們之間的距離。萬有引力表達(dá)式萬有引力定律內(nèi)容及表達(dá)式所有行星繞太陽運(yùn)動(dòng)的軌道都是橢圓，太陽處在橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上。開普勒第一定律開普勒第二定律開普勒第三定律對(duì)任意一個(gè)行星來說，它與太陽的連線在相等的時(shí)間內(nèi)掃過的面積相等。所有行星的軌道的半長(zhǎng)軸的三次方跟它的公轉(zhuǎn)周期的二次方的比值都相等。030201天體運(yùn)動(dòng)基本規(guī)律例題一01地球和月球的質(zhì)量分別為M和m，它們之間的平均距離為R。求地球?qū)υ虑虻娜f有引力大小。例題二02已知某行星繞太陽運(yùn)動(dòng)的軌道半徑為r，周期為T。求該行星的線速度和向心加速度大小。例題三03假設(shè)有一個(gè)質(zhì)量為M的星球，其表面附近有一質(zhì)量為m的物體在做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。已知該物體的運(yùn)動(dòng)周期為T，星球的半徑為R。求該星球表面的重力加速度大小。典型例題分析06機(jī)械能守恒定律模型只有重力或彈力做功的物體系統(tǒng)內(nèi)，動(dòng)能與勢(shì)能可以相互轉(zhuǎn)化，而總的機(jī)械能保持不變。在只有重力或彈力做功的物體系統(tǒng)內(nèi)，動(dòng)能與勢(shì)能之和保持不變，即$E_{k1}+E_{p1}=E_{k2}+E_{p2}$。機(jī)械能守恒條件及表達(dá)式機(jī)械能守恒表達(dá)式機(jī)械能守恒條件03彈性勢(shì)能的變化與彈力做功的關(guān)系彈簧彈力對(duì)物體所做的功等于彈簧彈性勢(shì)能的減少量，即$W_{彈}=-DeltaE_{彈}$。01功能原理合外力對(duì)物體所做的功等于物體動(dòng)能的增量，即$W_{合}=DeltaE_{k}$。02重力做功與重力勢(shì)能變化的關(guān)系重力對(duì)物體所做的功等于物體重力勢(shì)能的減少量，即$W_{G}=-DeltaE_{p}$。功能關(guān)系在機(jī)械能守恒中應(yīng)用一個(gè)質(zhì)量為$m$的小球從高度為$h$的光滑斜面頂端由靜止開始下滑，求小球滑到斜面底端時(shí)的速度大小。例題一一個(gè)質(zhì)量為$m$的小球用長(zhǎng)為$L$的細(xì)線懸掛于$O$點(diǎn)，將其拉至水平位置后釋放，求小球經(jīng)過最低點(diǎn)時(shí)的速度大小及細(xì)線對(duì)小球的拉力大小。例題二一個(gè)質(zhì)量為$m$的物體以初速度$v_0$從地面豎直上拋，求物體上升的最大高度及落回地面時(shí)的速度大小。例題三典型例題分析07電場(chǎng)與磁場(chǎng)模型電場(chǎng)強(qiáng)度、電勢(shì)、電勢(shì)能等基本概念電荷在電場(chǎng)中具有的勢(shì)能，其大小等于將電荷從該點(diǎn)移到參考點(diǎn)時(shí)電場(chǎng)力所做的功。電勢(shì)能也具有相對(duì)性。電勢(shì)能描述電場(chǎng)的力的性質(zhì)的物理量，其大小等于單位電荷在電場(chǎng)中受到的電場(chǎng)力。電場(chǎng)強(qiáng)度的方向即為正電荷在該點(diǎn)所受電場(chǎng)力的方向。電場(chǎng)強(qiáng)度描述電場(chǎng)能的性質(zhì)的物理量，其大小等于將單位正電荷從該點(diǎn)移到參考點(diǎn)（零電勢(shì)點(diǎn)）時(shí)電場(chǎng)力所做的功。電勢(shì)具有相對(duì)性，其大小與參考點(diǎn)的選擇有關(guān)。電勢(shì)磁場(chǎng)方向磁場(chǎng)的方向可以根據(jù)放入磁場(chǎng)中的小磁針N極所指的方向來確定。磁場(chǎng)方向具有矢量性，遵守平行四邊形定則。磁感應(yīng)強(qiáng)度描述磁場(chǎng)強(qiáng)弱和方向的物理量，其大小等于單位長(zhǎng)度通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中所受安培力的大小。磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向即為通電導(dǎo)線所受安培力的方向。磁場(chǎng)方向、磁感應(yīng)強(qiáng)度等基本概念帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)帶電粒子在電場(chǎng)中受到電場(chǎng)力的作用，根據(jù)牛頓第二定律可以確定粒子的加速度，進(jìn)而確定其運(yùn)動(dòng)軌跡和速度變化。帶電粒子在磁場(chǎng)中受到洛倫茲力的作用，根據(jù)洛倫茲力公式和牛頓第二定律可以確定粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡和速度變化。當(dāng)粒子速度方向與磁場(chǎng)方向平行時(shí)，粒子不受洛倫茲力作用。當(dāng)帶電粒子同時(shí)處于電場(chǎng)和磁場(chǎng)中時(shí)，其運(yùn)動(dòng)規(guī)律受到電場(chǎng)力和洛倫茲力的共同作用。根據(jù)力的合成與分解原則，可以確定粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡和速度變化。帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)帶電粒子在電磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)帶電粒子在電磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)規(guī)律123例題二例題一例題三典型例題分析分析帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，包括運(yùn)動(dòng)軌跡、速度變化等。通過解題過程加深對(duì)電場(chǎng)強(qiáng)度和電勢(shì)等基本概念的理解。分析帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，包括運(yùn)動(dòng)軌跡、速度變化等。通過解題過程加深對(duì)磁場(chǎng)方向和磁感應(yīng)強(qiáng)度等基本概念的理解。分析帶電粒子在電磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，包括運(yùn)動(dòng)軌跡、速度變化等。通過解題過程加深對(duì)電磁場(chǎng)對(duì)帶電粒子作用的理解，提高綜合運(yùn)用知識(shí)解決問題的能力。08恒定電流模型歐姆定律及電阻串并聯(lián)特點(diǎn)歐姆定律在同一電路中，通過導(dǎo)體的電流跟導(dǎo)體兩端的電壓成正比，跟導(dǎo)體的電阻成反比。電阻串并聯(lián)特點(diǎn)串聯(lián)電路的總電阻等于各分電阻之和，并聯(lián)電路的總電阻的倒數(shù)等于各分電阻倒數(shù)之和。通過測(cè)量電源兩端電壓和流過電源的電流，利用歐姆定律計(jì)算得到電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻。伏安法在電源兩端并聯(lián)一個(gè)已知阻值的電阻，測(cè)量電源兩端電壓和流過已知電阻的電流，利用歐姆定律計(jì)算得到電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻。伏阻法在電源兩端串聯(lián)一個(gè)已知阻值的電阻，測(cè)量流過電源的電流和已知電阻兩端的電壓，利用歐姆定律計(jì)算得到電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻。安阻法電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻測(cè)量方法123根據(jù)閉合電路歐姆定律，可以判斷電路中各元件的工作狀態(tài)，如電阻、電源等是否正常工作。判斷電路中各元件的工作狀態(tài)通過閉合電路歐姆定律，可以計(jì)算電路中的電流和電壓，進(jìn)而求解其他相關(guān)物理量。計(jì)算電路中的電流和電壓當(dāng)電路中的某個(gè)元件發(fā)生變化時(shí)，可以通過閉合電路歐姆定律分析電路的動(dòng)態(tài)變化過程。分析電路的動(dòng)態(tài)變化閉合電路歐姆定律應(yīng)用例題二分析含有電源、電阻和滑動(dòng)變阻器的并聯(lián)電路，求解滑動(dòng)變阻器滑片移動(dòng)時(shí)電路中的電流和電壓變化。例題三分析含有電源、電阻和電容器的復(fù)雜電路，求解電容器充電和放電過程中的電流和電壓變化。例題一分析含有電源和電阻的串聯(lián)電路，求解電路中的電流和電壓。典型例題分析09電磁感應(yīng)模型當(dāng)穿過回路的磁通量發(fā)生變化時(shí)，回路中就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小與穿過回路的磁通量對(duì)時(shí)間的變化率成正比。法拉第電磁感應(yīng)定律E=nΔΦ/Δt（普適公式）或E=BLVsinA（切割磁感線運(yùn)動(dòng)）。表達(dá)式法拉第電磁感應(yīng)定律內(nèi)容及表達(dá)式動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)由于導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。計(jì)算方法：E=BLVsinA，其中B為磁感應(yīng)強(qiáng)度，L為導(dǎo)體長(zhǎng)度，V為導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)速度，A為導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向的夾角。感生電動(dòng)勢(shì)由于磁場(chǎng)變化而產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。計(jì)算方法：E=nΔΦ/Δt，其中n為線圈匝數(shù)，ΔΦ為磁通量的變化量，Δt為時(shí)間變化量。動(dòng)生和感生電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生機(jī)理及計(jì)算方法VS當(dāng)一個(gè)線圈中的電流發(fā)生變化時(shí)，它所產(chǎn)生的磁通量也會(huì)隨之變化，從而在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。這種由于線圈本身電流變化而產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)叫做自感電動(dòng)勢(shì)?；ジ鞋F(xiàn)象兩個(gè)相鄰的線圈之間，當(dāng)一個(gè)線圈中的電流發(fā)生變化時(shí)，它所產(chǎn)生的磁通量會(huì)穿過另一個(gè)線圈，從而在另一個(gè)線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。這種由于一個(gè)線圈中電流變化而在另一個(gè)線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象叫做互感現(xiàn)象。自感現(xiàn)象自感和互感現(xiàn)象分析例題1：一個(gè)矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e=220√2sin100πt（V）。則下列說法正確的是（）。典型例題分析A.t=0時(shí)，線圈平面位于中性面B.t=0時(shí)，穿過線圈的磁通量為零C.t=0.01s時(shí)，e有最大值典型例題分析D.t=0.04s時(shí)，e的瞬時(shí)值為220V解析：由e=220√2sin100πt（V）可知，該交變電流的ω=100πrad/s，E?=220√2V。當(dāng)t=0時(shí)，e=0，此時(shí)線圈平面位于中性面，磁通量最大，選項(xiàng)A正確，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；當(dāng)t=0.01s時(shí)，e=0，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；當(dāng)t=0.04s時(shí)，e的瞬時(shí)值為220V，選項(xiàng)D正確。典型例題分析10振動(dòng)和波模型$x=Asin(omegat+varphi)$，其中$A$為振幅，$omega$為角頻率，$varphi$為初相位。通過公式可以了解振動(dòng)的周期性、頻率和相位等基本概念。通過振動(dòng)圖像可以直觀地了解振動(dòng)的幅度、周期、頻率和相位等信息。在圖像中，振幅$A$等于最大位移量，周期$T$等于一個(gè)完整的振動(dòng)過程所需時(shí)間，頻率$f=1/T$，相位則反映了振動(dòng)的起始狀態(tài)。簡(jiǎn)諧振動(dòng)基本公式圖像分析方法簡(jiǎn)諧振動(dòng)基本公式和圖像分析方法機(jī)械波傳播方向和質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向判斷方法機(jī)械波傳播方向與介質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向垂直。在橫波中，質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與波的傳播方向垂直；在縱波中，質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與波的傳播方向平行。機(jī)械波傳播方向判斷質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向可通過觀察波形圖上質(zhì)點(diǎn)的位移變化來確定。在波形圖上，質(zhì)點(diǎn)位移最大處即為波峰或波谷，位移為零處即為平衡位置。質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向指向其位移增大的方向。質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向判斷干涉現(xiàn)象分析當(dāng)兩列或多列波的頻率相同、相位差恒定且振動(dòng)方向相同時(shí)，它們會(huì)在空間某些區(qū)域產(chǎn)生加強(qiáng)或減弱的振動(dòng)，形成干涉現(xiàn)象。加強(qiáng)區(qū)的振幅等于各列波振幅之和，減弱區(qū)的振幅等于各列波振幅之差。衍射現(xiàn)象分析波在傳播過程中遇到障礙物或小孔時(shí)，會(huì)繞過障礙物或小孔繼續(xù)傳播的現(xiàn)象稱為衍射。衍射現(xiàn)象表明波具有繞過障礙物或小孔繼續(xù)傳播的能力，即波具有“繞過”的特點(diǎn)。波的干涉和衍射現(xiàn)象分析例題一：一彈簧振子在水平方向上做簡(jiǎn)諧振動(dòng)，其位移$x$隨時(shí)間$t$的變化關(guān)系式為$