高考物理二轮复习精品资料Ⅱ_专题02_高中物理常见的物理模型(同步课件)

nullnull专题二　高中物理常见的物理模型null　　高考命题以《考试大纲》为依据,考查学生对高中物理知识的掌握情况,体现了“知识与技能、过程与方法并重”的高中物理学习思想.每年各地的高考题为了避免雷同而千变万化、多姿多彩,但又总有一些共性,这些共性可粗略地总结如下: (1)选择题中一般都包含3~4道关于振动与波、原子物理、光学、热学的试题. (2)实验题以考查电路、电学测量为主,两道实验小题中出一道较新颖的性实验题的可能性较大.null(3)试卷中下列常见的物理模型出现的概率较大:斜面问题、叠加体模型(包含子弹射入)、带电粒子的加速与偏转、天体问题(圆周运动)、轻绳(轻杆)连接体模型、传送带问题、含弹簧的连接体模型.高考中常出现的物理模型中,有些问题在高考中变化较大,或者在前面专题中已有较全面的论述,在这里就不再论述和例举.斜面问题、叠加体模型、含弹簧的连接体模型等在高考中的地位特别重要,本专题就这几类模型进行归纳总结和强化训练;传送带问题在高考中出现的概率也较大,而且解题思路独特,本专题也略加论述.null●例1.有一些问题你可能不会求解,但是你仍有可能对这些问题的解是否合理进行分析和判断.例如从解的物理量单位,解随某些已知量变化的趋势,解在一些特殊条件下的结果等方面进行分析,并与预期结果、实验结论等进行比较,从而判断解的合理性或正确性.甲举例如下:如图甲所示,质量为M、倾角为θ的滑块A放于水平地面上. 把质量为m的滑块B放在A的斜面上.忽略一切摩擦,有人求得B相对 地面的加速度a=  gsin θ,式中g为重力加速度. 对于上述解,某同学首先分析了等号右侧的量的单位,没发现问题.他一、斜面问题null进一步利用特殊条件对该解做了如下四项分析和判断,所得结论都 是“解可能是对的”.但是,其中有一项是错误的,请你指出该项 (      )A.当θ=0°时,该解给出a=0,这符合常识,该解可能是对的B.当θ=90°时,该解给出a=g,这符合实验结论,说明该解可能是对的C.当M≫m时,该解给出a≈gsin θ,这符合预期的结果,说明该解可 能是对的D.当m≫M时,该解给出a≈  ,这符合预期的结果,说明该解可能 是对的【解析】当A固定时,很容易得出a=gsin θ;当A置于光滑的水平面 时,B加速下滑的同时A向左加速运动,B不会沿斜面方向下滑,难以null求出运动的加速度.乙设滑块A的底边长为L,当B滑下时A向左移动的距离为x,由动量守 恒定律得: M =m  解得:x=  当m≫M时,x≈L,即B水平方向的位移趋于零,B趋于自由落体运动 且加速度a≈g. 选项D中,当m≫M时,a≈ >g显然不可能.[答案]Dnull●例2  .如图所示,两条平行的光滑金属导 轨固定在倾角为θ的绝缘斜面上,导轨上端连接一个定值电阻.导体 棒a和b放在导轨上,与导轨垂直并良好接触.斜面上水平虚线PQ以下 区域内,存在着垂直穿过斜面向上的匀强磁场.现对a棒施以平行导 轨斜向上的拉力,使它沿导轨匀速向上运动,此时放在导轨下端的b 棒恰好静止.当a棒运动到磁场的上边界PQ处时,撤去拉力,a棒将继 续沿导轨向上运动一小段距离后再向下滑动,此时b棒已滑离导轨. 当a棒再次滑回到磁场上边界PQ处时,又恰能沿导轨匀速向下运动. 已知a棒、b棒和定值电阻的阻值均为R,b棒的质量为m,重力加速度 为g,导轨电阻不计.求: (1)a棒在磁场中沿导轨向上运动的过程中,a棒中的电流强度Ia与定值 电阻R中的电流强度IR之比.null(2)a棒质量ma. (3)a棒在磁场中沿导轨向上运动时所受的拉力F.【解析】(1)a棒在磁场中沿导轨向上运动时,设a棒、b棒及定值电 阻中的电流分别为Ia、Ib和IR,有: IRR=IbRb Ia=IR+Ib 据题意知:Rb=R 解得:Ia∶IR=2∶1. (2)a棒在PQ上方运动的过程中只有重力做功,机械能守恒,故可知a 棒在磁场中沿导轨向上运动的速度大小v1与在磁场中沿导轨向下null运动的速度大小v2相等,即有: v1=v2=v 设磁场的磁感应强度为B,两平行导轨的间距为L,a棒在磁场中运 动时在闭合电路中产生的感应电动势为 E=BLv a棒在磁场中沿导轨向上运动时,b棒中的电流为: Ib= ×  此时,b棒恰好静止,有:IbLB=mgsin θ a棒在磁场中沿导轨向下运动时,设a棒的电流为Ia',有:Ia'= null此时,a棒做匀速运动,有:Ia'LB=magsin θ 解得:ma=1.5m. (3)a棒在磁场中在拉力F作用下沿导轨向上做匀速运动,有: F=IaLB+magsin θ 联立以上各式解得:F=3.5mgsin θ.[答案](1)2∶1    (2)1.5 m    (3)3.5mgsin θ【点评】导线在恒力作用下做切割磁感线运动是高中物理中一类 常见题型,需要熟练掌握各种情况下物理量的求解.null例3 .如图所示,物体A放在足够长的木板B上,木板B静置于水平面.t=0时,电动机通过水平细绳以恒力F拉木板B,使它做初速度为零、加速度aB=1.0 m/s2的匀加速直线运动.已知A的质量mA和B的质量mB均为2.0 kg,A、B之间的动摩擦因数μ1=0.05,B与水平面之间的动摩擦因数μ2=0.1,最大静摩擦力与滑动摩擦力大小视为相等,重力加速度g取10 m/s2.求:(1)物体A刚运动时的加速度aA. (2)t=1.0 s时,电动机的输出功率P. (3)若t=1.0 s时,将电动机的输出功率立即调整为P'=5 W,并在以后的 运动过程中始终保持这一功率不变,t=3.8 s时物体A的速度为1.2 m/s.则在t=1.0 s到t=3.8 s这段时间内木板B的位移为多少?二、叠加体模型null【解析】(1)物体A刚开始运动时,在水平方向上受到向右的摩擦力 μ1mAg.此时,对物体A,由牛顿第二定律有:μ1mAg=mAaA 解得:aA=0.5 m/s2. (2)t=1.0 s时,木板B已经加速运动的时间Δt1=1.0 s,设此时木板B的 速度大小为v,有: v=aB·Δt1=1.0 m/s 对木板B,由牛顿第二定律有: F-μ1mAg-μ2(mA+mB)g=mBaB 电动机的输出功率为:P=Fvnull联立以上各式解得:P=7 W. (3)电动机的输出功率刚调整为P'=5 W时,设细绳对木板B的拉力为 F',有: F'= =5 N 此时,木板B受到的摩擦力为μ1mAg+μ2(mA+mB)g=5 N,即有F'=μ1mAg +μ2(mA+mB)g,所以木板B将在以后的一段时间内做匀速直线运动, 直至物体A与木板B的速度相等(均为v).设这段时间为Δt2,有: v=aA(Δt1+Δt2) 代入数据解得:Δt2=1.0 s 设在Δt2时间内木板B的位移为s1,有:s1=v·Δt2=1 mnull物体A与木板B的速度相同后,由于F'>μ2(mA+mB)g,且电动机的输出 功率恒定,所以物体A与木板B将一起做加速度逐渐减小的加速运 动.设到t=3.8 s时,物体A与木板B一起做加速度逐渐减小的加速运 动的时间为Δt3,有:Δt3=3.8 s-Δt1-Δt2=1.8 s 设在Δt3时间内木板B的位移为s2,对物体A与木板B组成的系统,由 动能定理有: P'·Δt3-μ2(mA+mB)gs2= (mA+mB) - (mA+mB)v2 解得:s2=2.03 m 在t=1.0 s到t=3.8 s这段时间内木板B的位移为:s=s1+s2=3.03 m.[答案](1)0.5 m/s2    (2)7 W    (3)3.03 mnull●例4    两劲度系数分别为k1、k2的弹簧之间有一质量为m1的物体 A,最下端挂着质量为m2的另一物体B,整个装置处于静止状态,如图 甲所示.若用一个质量为m的平板把下面的物体B竖直缓慢地向上托 起,直到两个弹簧的总长度等于两弹簧的原长之和,这时托起平板竖 直向上的力是多少?B上升的高度是多少?【解析】两弹簧的总长度等于两弹簧的原长之和时即上面弹簧的 伸长量等于下面弹簧的压缩量,设其为x 三、含弹簧的物理模型null如图乙所示,对A进行受力分析,得m1g=k1x+k2x 如图丙所示,对B和平板整体进行分析,得nullF=(m2+m)g+k2x 联立解得:F=mg+m2g+  没有托起B时,上面弹簧的伸长量x1=  下面弹簧的伸长量x2=  托起B时,A上升的高度h1=x1-x B相对于A上升的高度h2=x2+x B上升的高度h=h1+h2 联立解得:h=   + .null[答案]mg+m2g+      +  【点评】本题要考虑到两弹簧的总长度等于两弹簧的原长之和时,即上面弹簧的伸长量等于下面弹簧的压缩量.null2.动力学中的弹簧问题(1)瞬时加速度问题(与轻绳、轻杆不同):一端固定、另一端接有物体的弹簧,形变不会发生突变,弹力也不会发生突变. (2)如图所示,将A、B下压后撤去外力,弹簧在恢复原长时刻B与A开始分离.null●例5    如图所示,两个木块A、B叠放在一起,B与轻弹簧相连,弹簧 下端固定在水平面上,用竖直向下的力F压A,使弹簧压缩量足够大后 停止压缩,系统保持静止.这时,若突然撤去压力F,A、B将被弹出且 分离.下列判断正确的是 (　    )A.木块A、B分离时,弹簧的长度恰等于原长B.木块A、B分离时,弹簧处于压缩状态,弹力大小等于B的重力C.木块A、B分离时,弹簧处于压缩状态,弹力大小等于A、B的总重力nullD.木块A、B分离时,弹簧的长度可能大于原长【解析】以A为研究对象,既然已分开,那么A就只受重力,加速度竖直向下,大小为g;又未分开,A、B加速度相同,因此B的加速度也是竖直向下,大小为g,说明B受的合力为重力,所以弹簧对B没有弹力,弹簧必定处于原长,此结论与两物体质量是否相同无关.选项A正确.[答案]Anull3.与动量、能量相关的弹簧问题 与动量、能量相关的弹簧问题在高考试题中出现频繁,而且常以出现,在解析过程中以下两点结论的应用非常重要: (1)弹簧压缩和伸长的形变相同时,弹簧的弹性势能相等; (2)弹簧连接两个物体做变速运动时,弹簧处于原长时两物体的相对速度最大,弹簧的形变最大时两物体的速度相等.null●例6    如图所示,用轻弹簧将质量均为m=1 kg的物块A和B连接起 来,将它们固定在空中,弹簧处于原长状态,A距地面的高度h1=0.90 m. 同时释放两物块,A与地面碰撞后速度立即变为零,由于B压缩弹簧 后被反弹,使A刚好能离开地面(但不继续上升).若将B物块换为质量 为2m的物块C(图中未画出),仍将它与A固定在空中且弹簧处于原长, 从A距地面的高度为h2处同时释放,C压缩弹簧被反弹后,A也刚好能 离开地面.已知弹簧的劲度系数k=100 N/m,求h2的大小.【解析】设A物块落地时,B物块的速度为v1,则有:  m =mgh1 设A刚好离地时,弹簧的形变量为x,对A物块有: mg=kxnull从A落地后到A刚好离开地面的过程中,对于A、B及弹簧组成的系 统机械能守恒,则有:  m =mgx+ΔEp 换成C后,设A落地时,C的速度为v2,则有:  ·2m =2mgh2 从A落地后到A刚好离开地面的过程中,A、C及弹簧组成的系统机 械能守恒,则有:  ·2m =2mgx+ΔEp 联立解得:h2=0.5 m.[答案]0.5 m