高考物理復習方法——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).難點展臺圖30-11.（）如圖30-1AB為半徑R=2 m的一段光滑圓槽，A、B兩點在同一水AA點釋放，則它運動到B點所用的時間為多少？（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，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,當所加電壓的最大值Um超過某一數(shù)值圖30-2 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)生的熱能是多少？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、

3、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，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.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：I=mBvB=(mA+mB)v,vB=I100= m/s=10 m/s, 10mBv=100=6.7 m/s (mA mB)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，

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)堆中抽動液態(tài)金屬或在醫(yī)療器械中抽動血液等導電液體時，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).將導管放在磁場中，當電流通過導電液體時，這種液體即被驅(qū)動.如果導管中截面面積為ah，磁圖30-4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？命題意圖：考查攝取信息構(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

5、法通過原型啟發(fā)，將液體類比為磁場中導體，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.液體通電后可視為導體，從電磁場的原理圖中可抽象出如圖30-5所示的模型，既通電導體在磁場中受力模型.以載流導體為研究對象，根據(jù)安培力公式，載流導體受到的安培力（即液體受力）為：更好的教育，更美好的人生F=BIh 由壓強公式，得p=F S且S=ah 由得p=錦囊妙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

6、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：（1）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.（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、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.殲滅難點訓練1.（）一人做“蹦極”運

7、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）2.（）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1.6104 Pa，設(shè)心臟主動脈的內(nèi)徑為2.5 cm，每分鐘搏動75次，求：（1）心臟推動血液流動的平均功率是多大？（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，磁場方向與金屬導體上下表面垂直.若金屬導體中通有電流強度為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，金屬導體前后兩表面會形成一個電勢差，已知金屬導體單位長度中的自由電子數(shù)目為n，問：金屬導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.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)以角速度繞過兩圓環(huán)的圓心的軸OO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)備的效率為，求電動機輸出的機械功率.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，就會導致脛骨骨折.6.（）電磁泵是應(yīng)用磁力來輸送導電液體（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電的導體，通以電流I，并在垂直于管圖30-8道和電流的方向加一個橫向磁場，

10、磁感應(yīng)強度為B=1.50 T.要在管道中產(chǎn)生4.0103 Pa的壓強，推動導電液體流動，電流強度I應(yīng)為多少？參考答案難點展臺1.1.40 s 2.U0=91 V殲滅難點訓練1.870880 N2.（1）1.4 W （2）0.18 m/s3.用左手定則可知，金屬導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電動機輸出的機械功率為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的一段導電液體，通過電流I時，在磁場中長為a的一段導電液體受安培力，F(xiàn)=Bla，其方

12、向沿管道向右，它對導電液體產(chǎn)生的壓強為p=paFBIa=2 電流I=8.0 A. SaB更好的教育，更美好的人生難點31 隱含條件的挖掘應(yīng)用高考物理試題對考生而言，突破的難點不僅在于某些綜合命題中物理過程的復雜多變，更在于各類檔次試題中物理條件的隱散難尋，常使考生深感“條件不足”而陷于“一籌莫展”的境地.難點展臺 圖31-11.（）如圖31-1所示，豎直向上的勻強電場E和水平方向的勻強磁場B正交.帶電粒子在電磁場中做半徑為R的勻速圓周運動，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），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，兩物體開始運動，當它們的加速度第一次為零時，A、B各運動了多遠距離？案例探究例1（）（2000年上海，9）兩木塊自左向右運動，現(xiàn)用高速攝影機在同一底片上多次曝光，記錄下每次曝光時木塊的位置，如圖31-3所示，連續(xù)兩次曝光的時間間隔是相等的.由A.在時刻t2以及時刻t3兩木塊速度相同B.在時刻t3兩木塊速度相同C.在時刻t3和時刻t4之間某瞬時兩木塊速度相同D.在時刻t4和時刻t5之間某瞬時兩木塊速度相同 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級要求. 錯解分析：考生思維缺乏深刻性，無法從圖片信息中獲取各時刻木塊的位置關(guān)系，挖掘出隱含條件（上面木塊做勻變速直線運動，而下面木塊勻速運動），進而無法求解兩木塊對應(yīng)各時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，木塊勻速直線運動，速度v=4l.上面木塊相鄰t的時間間隔時間內(nèi)木塊的間隔分別為2l、3l、4l、5l、6l、7l，相鄰相等時間間隔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動，它在某段時間的平均速度等于中間時刻的瞬時速度得t2、t3、t4、t5時刻的

15、瞬時速度分別為：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，將開始出現(xiàn)以下現(xiàn)象：電子束有時能通過兩極板，有時間斷不能通過，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級要求.錯解分析：沒有通過分析解得電子束通過極板的時間，并與電壓周期比較，挖掘tT的條件，將電場理想化處理，使問題求解更為復雜、易錯.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電荷；（2）從“兩極板不帶電時，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時間內(nèi)可理想化為勻強電場.（這更好的教育

17、，更美好的人生是一個隱含條件，也是解題關(guān)鍵）L vd1由運動學公式：=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錦囊妙計如何迅速識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)星運行角速度或周期與地球的相同，即同步，“導體處于平衡狀態(tài)”示意物體是等勢體，內(nèi)部場強為零2.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，需要運用理想模型去捕捉和挖掘.如質(zhì)點和點電荷，都不計其形狀和大小；輕質(zhì)彈簧即不計其重；光滑表面即不計其摩擦；理想變壓器即不計功率損耗等.3.隱含在臨界狀態(tài)中：當物體由一種運動（或現(xiàn)象、性質(zhì)）轉(zhuǎn)變成另一種運動（或現(xiàn)象、性質(zhì)）時，包含著量變到質(zhì)變的過程，這個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.隱含于常識中：許多物理試題某些條件由于是人們的常識而沒有在題中給出，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，提取或假設(shè)適當?shù)臈l件和數(shù)據(jù)，以彌補題中已知條件中的不足進而達到解題目更好的教育，更美好的人生的.殲滅難點訓練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，試討論當水平

20、向左的力F作用于斜面上時，F(xiàn)的大小與兩物體的運動狀態(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，當子彈進入木塊深度為2 cm時，木塊相對于桌面移動1 cm，然后子彈與木塊以共同的速度運動，則子彈和木塊摩擦產(chǎn)生的內(nèi)能與子彈損失的動能之比為多少？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)強度方向進入磁場，若帶電量qM=2qN,M帶正電，N帶負電，質(zhì)量mM=2mN(但重力不計），求：它們在磁場中運動時間之比.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)有一個空間探測器隨空間站一起繞地球做圓周運動，運行周期為T，要使這個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展臺