物理學(xué)思想-物理模型構(gòu)建學(xué)生版

1、物理學(xué)思想物理模型構(gòu)建物理學(xué)思想物理模型構(gòu)建13/13物理模型構(gòu)建物理模型構(gòu)建知識(shí)體系知識(shí)體系定義理想化模型就是為便于對(duì)實(shí)際物理問(wèn)題進(jìn)行研究而建立的高度抽象的理想客體。基本程序（1）通過(guò)審題，攝取題目信息.如：物理現(xiàn)象、物理事實(shí)、物理情景、物理狀態(tài)、物 理過(guò)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(shí)、方法、模型）的相似、相近或聯(lián)系，通過(guò)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(wèn)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.應(yīng)用人船模型、碰撞模型、運(yùn)動(dòng)模型、管道模型、軌道一導(dǎo)棒模型、彈簧模型人船模型人船模型定

2、義由人和船兩個(gè)物體構(gòu)成的系統(tǒng)，該系統(tǒng)在人和船相互作用下各自運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)過(guò)程中該系統(tǒng)所受到的合外力為零，即人和船組成的系統(tǒng)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中總動(dòng)量守恒。應(yīng)用當(dāng)系統(tǒng)的動(dòng)量守恒時(shí)，任意一段時(shí)間內(nèi)的平均動(dòng)量也守恒；當(dāng)系統(tǒng)的動(dòng)量守恒時(shí)，系統(tǒng)的質(zhì)心保持原來(lái)的靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不變。經(jīng)典例題經(jīng)典例題l2 l1質(zhì)量為m的人站在質(zhì)量為l2 l1質(zhì)量為M的氣球下系一質(zhì)量可忽略的足夠長(zhǎng)的繩子，繩子上距地面H高處有一質(zhì)量為m的猴子。開(kāi)始時(shí)氣球和猴子均靜止在空中，猴子從某時(shí)刻開(kāi)始沿繩子緩慢下滑，要它恰能滑到地面，開(kāi)始下滑時(shí)，它下面的繩子至少應(yīng)為多長(zhǎng)？ 在足夠長(zhǎng)的光滑固定水平桿上，套有一個(gè)質(zhì)量為的光滑圓環(huán)。一根長(zhǎng)為的輕繩，一

3、端拴在環(huán)上，另一端系著一個(gè)質(zhì)量為的木塊，如圖所示?，F(xiàn)有一質(zhì)量為的子彈以的水平速度射入木塊，子彈穿出木塊時(shí)的速度為，子彈與木塊作用的時(shí)間極短，取g = 10 m/s2。求：（1）當(dāng)子彈射穿木塊時(shí)，輕繩的拉力大小；（2）當(dāng)子彈射穿木塊后，木塊向右擺動(dòng)的最大高度；（3）當(dāng)木塊第一次返回到最低點(diǎn)時(shí)，木塊的速度大小。碰撞模型碰撞模型定義碰撞是指極短時(shí)間內(nèi)通過(guò)相互作用，動(dòng)量發(fā)生顯著變化的過(guò)程。碰撞過(guò)程可劃分為兩個(gè)階段：壓縮階段和恢復(fù)階段沒(méi)有恢復(fù)階段的，就是完全非彈性碰撞；局部恢復(fù)的是非彈性碰撞；全部恢復(fù)的是彈性碰撞在彈性正碰中，碰撞前后系統(tǒng)的總動(dòng)能保持不變，滿足動(dòng)量守恒和動(dòng)能守恒；非彈性碰撞過(guò)程中，動(dòng)量是

4、守恒的，但系統(tǒng)的動(dòng)能有損失；完全非彈性碰撞指碰撞后物體粘在一起，以共同速度運(yùn)動(dòng)，在碰后的各種可能運(yùn)動(dòng)里，這種情況系統(tǒng)的動(dòng)能損失最大應(yīng)用完全彈性碰撞，完全非彈性碰撞經(jīng)典例題經(jīng)典例題三質(zhì)量為M的楔形物塊上有圓弧軌道，靜止在水平面上。質(zhì)量為m的小球以速度v1向物塊運(yùn)動(dòng)。不計(jì)一切摩擦，圓弧小于90且足夠長(zhǎng)。求小球能上升到的最大高度H 和物塊的最終速度v。如在光滑的水平面上有三個(gè)完全相同的小球排成一條直線，其中2、3小球靜止，并靠在一起。而1小球以速度v0朝它們運(yùn)動(dòng)，如圖所示，設(shè)碰撞中沒(méi)有損失機(jī)械能，則碰后三小球的速度的可能值是 V0 1 2 3 A.v1v2v3 V0 1 2 3 B.v10, v2v

5、3 C.v1v0/3, v2v3 D.v1v20, v3v0如在真空中，一個(gè)原來(lái)靜止的U發(fā)生衰變后變成一個(gè)Th并放出一個(gè)動(dòng)能為E1的粒子，寫(xiě)出衰變的核反應(yīng)方程；如衰變時(shí)產(chǎn)生的能量全部以動(dòng)能的形式釋放，真空中的光速為c，原子核的質(zhì)量之比等于質(zhì)量數(shù)之比，求衰變過(guò)程中總的質(zhì)量虧損如圖所示,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(qiáng)磁鐵，總質(zhì)量為5 kg,B車上固定著一個(gè)閉合的螺線管.B車的總質(zhì)量為10 kg.現(xiàn)給B車一個(gè)水平向左向左的100 Ns瞬間沖量，若兩車在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中不發(fā)生直接碰撞，則相互作用過(guò)程中產(chǎn)生的熱能是多少？?jī)蓧K大小不同的圓形薄板（厚度不計(jì)），質(zhì)量分別為M和m（M2m）半徑分

6、別為R和r，兩板之間用一根長(zhǎng)為L(zhǎng)0.4m的輕繩相連結(jié)，開(kāi)始時(shí)，兩板水平疊放在支架C上方高h(yuǎn)0.2m處，如圖所示，以后兩板一起下落，支架上有一個(gè)半徑 的圓孔，兩板中心與圓孔中心在同一豎直線上，大圓板碰到支架后跳起，機(jī)械能無(wú)損失，小圓板穿過(guò)圓孔，兩板分離，試求當(dāng)細(xì)繩繃緊瞬間兩板的速度（ ）質(zhì)量為m的子彈以一定的速度水平打入質(zhì)量為M的靜止木塊，且知木塊與地面間的接觸是光滑的，子彈打入木塊后與木塊一起運(yùn)動(dòng)木塊前進(jìn)1cm子彈深入木塊3cm則子彈的質(zhì)量與木塊的質(zhì)量之比為m：M是多少？運(yùn)動(dòng)模型運(yùn)動(dòng)模型定義結(jié)合直線運(yùn)動(dòng)之間整合，曲線運(yùn)動(dòng)與直線運(yùn)動(dòng)整合等，圍繞著運(yùn)動(dòng)的同時(shí)性、獨(dú)立性而進(jìn)行的物理運(yùn)動(dòng)學(xué)求解方法。應(yīng)

7、用1.勻速直線運(yùn)動(dòng)與勻速直線運(yùn)動(dòng)組合2.勻速直線運(yùn)動(dòng)與勻速圓周運(yùn)動(dòng)組合3.勻加速直線運(yùn)動(dòng)與勻加速運(yùn)動(dòng)組合4.勻速圓周運(yùn)動(dòng)與勻速圓周運(yùn)動(dòng)組合5.勻速圓周運(yùn)動(dòng)與平拋運(yùn)動(dòng)組合經(jīng)典例題經(jīng)典例題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(qiáng)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(shí)下蹲其重心又下降15 cm，試計(jì)算這個(gè)高度超過(guò)多大時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致脛骨骨折.如某原子電離后其核外只有一個(gè)電子，若該電子在核的靜電力作用下繞核做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，那么電子運(yùn)動(dòng)（ ）A半徑越大，加速度越大B半徑越小，周期越大C半徑越大，角速度越小D半

8、徑越小，線速度越小原地走跳時(shí)，先屈腿下蹲，然后突然蹬地從開(kāi)始蹬地到離地是加速過(guò)程（視為勻加速），加速過(guò)程中重心上升的距離稱為“加速距離”離地后重心繼續(xù)上升，在此過(guò)程中重心上升的最大距離稱為“豎直高度”現(xiàn)有下列數(shù)據(jù)：人原地上跳的“加速距離”，“豎直高度”；跳蚤原地上跳的“加速距離”，豎直高度假想人具有與跳蚤相等的起跳加速度，而“加速距離”仍為，則人上跳的“豎直高度”是多少？質(zhì)2004年1月25日，繼“勇氣”號(hào)之后，“機(jī)遇”號(hào)火星探測(cè)器再次成功登陸火星.在人類成功登陸火星之前，人類為了探測(cè)距離地球大約的月球，也發(fā)射了一種類似四輪小車的月球探測(cè)器.它能夠在自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)的控制下行走，且每隔向地球發(fā)射一

9、次信號(hào).探測(cè)器上還裝著兩個(gè)相同的減速器（其中一個(gè)是備用的），這種減速器可提供的最大加速度為.某次探測(cè)器的自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)出現(xiàn)故障，從而使探測(cè)器只能勻速前進(jìn)而不再能自動(dòng)避開(kāi)障礙物.此時(shí)地球上的科學(xué)家必須對(duì)探測(cè)器進(jìn)行人工遙控操作.下表為控制中心的顯示屏的數(shù)據(jù)：收到信號(hào)時(shí)間收到信號(hào)時(shí)間 與前方障礙物距離（單位：m）9：1020 529：1030 32發(fā)射信號(hào)時(shí)間 給減速器設(shè)定的加速度（單位：m/s2）9：1033 2收到信號(hào)時(shí)間 與前方障礙物距離（單位：m）9：1040 12已知控制中心的信號(hào)發(fā)射與接收設(shè)備工作速度極快.科學(xué)家每次分析數(shù)據(jù)并輸入命令最少需要3s.問(wèn)：（1）經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)分析，你認(rèn)為減速器是否執(zhí)

10、行了減速命令？（2）假如你是控制中心的工作人員，應(yīng)采取怎樣的措施？加速度需滿足什么條件？請(qǐng)說(shuō)明.一路燈距地面的高度為h，身高為的人以速度v勻速行走，如圖所示。（1）試證明人的頭頂?shù)挠白幼鲃蛩龠\(yùn)動(dòng)；（2）求人影的長(zhǎng)度隨時(shí)間的變化率。如圖5是某種靜電分選器的原理示意圖。兩個(gè)豎直放置的平行金屬板帶有等量異號(hào)電荷，形成勻強(qiáng)電場(chǎng)，分選器漏斗的出口與兩板上端處于同一高度，到兩板距離相等?；旌显谝黄鸬腶、b兩種顆粒從漏斗出口下落時(shí)，a種顆粒帶上正電，b種顆粒帶上負(fù)電。經(jīng)分選電場(chǎng)后，a、b兩種顆粒分別落到水平傳送帶A、B上。已知兩板間距d=0.1m，板的度，電場(chǎng)僅局限在平行板之間；各顆粒所帶電量大小與其質(zhì)量

11、之比均為。設(shè)顆粒進(jìn)入電場(chǎng)時(shí)的初速度為零，分選過(guò)程中顆粒大小及顆粒間的相互作 用力不計(jì)。要求兩種顆粒離開(kāi)電場(chǎng)區(qū)域時(shí)，不接觸到極板但有最大偏轉(zhuǎn)量。重力加速度g取。 （1）左右兩板各帶何種電荷？?jī)蓸O板間的電壓多大？ （2）若兩帶電平行板的下端距傳送帶A、B的高度H=0.3m，顆粒落至傳送帶時(shí)的速度大小是多少？ （3）設(shè)顆粒每次與傳送帶碰撞反彈時(shí)，沿豎直方向的速度大小為碰撞前豎直方向速度大小的一半。寫(xiě) 出顆粒第n次碰撞反彈高度的表達(dá)式。并求出經(jīng)過(guò)多少次碰撞，顆粒反彈的高度小于0.01m。管道模型管道模型定義利用磁場(chǎng)和導(dǎo)電流體中電流的相互作用，使流體受電磁力作用而產(chǎn)生壓力梯度，從而推動(dòng)流體運(yùn)動(dòng)的一種裝置

12、。應(yīng)用速度選擇器、磁流體發(fā)電機(jī)、電磁泵、霍爾效應(yīng)經(jīng)典例題經(jīng)典例題如圖在原子反應(yīng)堆中抽動(dòng)液態(tài)金屬或在醫(yī)療器械中抽動(dòng)血液等導(dǎo)電液體時(shí)，由于不允許傳動(dòng)的機(jī)械部分與這些液體相接觸，常使用一種電磁泵，圖所示為這種電磁泵的結(jié)構(gòu).將導(dǎo)管放在磁場(chǎng)中，當(dāng)電流通過(guò)導(dǎo)電液體時(shí)，這種液體即被驅(qū)動(dòng).如果導(dǎo)管中截面面積為ah，磁場(chǎng)的寬度為L(zhǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，液體穿過(guò)磁場(chǎng)區(qū)域的電流強(qiáng)度為I求驅(qū)動(dòng)力造成的壓強(qiáng)差為多少？如圖所示，一塊寬為a、厚為h的金屬導(dǎo)體放在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向與金屬導(dǎo)體上下表面垂直.若金屬導(dǎo)體中通有電流強(qiáng)度為I、方向自左向右的電流時(shí)，金屬導(dǎo)體前后兩表面會(huì)形成一個(gè)電勢(shì)差，已知金屬導(dǎo)體單位長(zhǎng)度

13、中的自由電子數(shù)目為n，問(wèn)：金屬導(dǎo)體前后表面哪一面電勢(shì)高？電勢(shì)差為多少？電磁泵是應(yīng)用磁力來(lái)輸送導(dǎo)電液體（如液態(tài)金屬、血液等）的裝置，它不需要機(jī)械活動(dòng)組件.圖是電磁泵輸送導(dǎo)電液體原理的示意圖，絕緣管道的橫截面為邊長(zhǎng)a=0.3 cm的正方形，導(dǎo)電液體在管中緩緩流動(dòng)，在管道中取長(zhǎng)為L(zhǎng)=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，并在垂直于管道和電流的方向加一個(gè)橫向磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B=1.50 T.要在管道中產(chǎn)生4.0103 Pa的壓強(qiáng)，推動(dòng)導(dǎo)電液體流動(dòng)，電流強(qiáng)度I應(yīng)為多少？正方體密閉容器中有大量運(yùn)動(dòng)粒子，每個(gè)粒子質(zhì)量為m，單位體積內(nèi)粒子數(shù)量n為恒量，為簡(jiǎn)化問(wèn)題，我們假定:粒子

14、大小可以忽略，其速率均為v,且與器壁各面碰撞的機(jī)會(huì)均等，與器壁碰撞前后瞬間，粒子速度方向都與器壁垂直，且速率不變，利用所學(xué)力學(xué)知識(shí)，導(dǎo)出容器壁單位面積所受粒子壓力f與m,n,和v的關(guān)系.軌道一導(dǎo)棒模型 軌道一導(dǎo)棒模型定義利用電磁感應(yīng)導(dǎo)體棒切割磁場(chǎng)，將其變換物理模型，使陌生的物理模型與熟悉的物理模型相比較，分析異同并從中挖掘其內(nèi)在聯(lián)系，從而建立起熟悉模型與未知現(xiàn)象之間相互關(guān)系的一種特殊解題方法。巧妙地運(yùn)用“類同”變換，“類似”變換，“類異”變換，可使復(fù)雜、陌生、抽象的問(wèn)題變成簡(jiǎn)單、熟悉、具體的題型，從而使問(wèn)題大為簡(jiǎn)化。應(yīng)用1.雙軌道單導(dǎo)棒2.雙軌道-雙導(dǎo)棒3.“雙電源”問(wèn)題4.單導(dǎo)體棒切割磁感線

15、與磁場(chǎng)變化引起的雙電源問(wèn)題經(jīng)典例題經(jīng)典例題有一種磁性加熱裝置，其關(guān)鍵部分由焊接在兩個(gè)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(zhǎng)度為l，電阻為R，金屬環(huán)的直徑為D、電阻不計(jì).圖中虛線表示的空間范圍內(nèi)存在著磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)的寬度恰好等于“鼠籠”金屬條的間距，當(dāng)金屬環(huán)以角速度繞過(guò)兩圓環(huán)的圓心的軸OO旋轉(zhuǎn)時(shí)，始終有一根金屬條在垂直切割磁感線.“鼠籠”的轉(zhuǎn)動(dòng)由一臺(tái)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)，這套設(shè)備的效率為，求電動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械功率.如圖甲所示，MN、PQ是固定于同一水平面內(nèi)相互平行的粗糙長(zhǎng)直導(dǎo)軌，間距L=2.0m，R是連在導(dǎo)軌一端的電阻，質(zhì)量m=1.0k

16、g的導(dǎo)體棒ab垂直跨在導(dǎo)軌上，電壓傳感器與這部分裝置相連。導(dǎo)軌所在空間有磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.50T、方向豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。從t=0開(kāi)始對(duì)導(dǎo)體棒ab施加一個(gè)水平向左的拉力，使其由靜止開(kāi)始沿導(dǎo)軌向左運(yùn)動(dòng)，電壓傳感器測(cè)出R兩端的電壓隨時(shí)間變化的圖線如圖乙所示，其中OA、BC段是直線，AB段是曲線。假設(shè)在1.2s以后拉力的功率P=4.5W保持不變。導(dǎo)軌和導(dǎo)體棒ab的電阻均可忽略不計(jì)，導(dǎo)體棒ab在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中始終與導(dǎo)軌垂直，且接觸良好。不計(jì)電壓傳感器對(duì)電路的影響。g取10m/s2。求：（1）導(dǎo)體棒ab最大速度vm的大??；（2）在1.2s2.4s的時(shí)間內(nèi)，該裝置總共產(chǎn)生的熱量Q；（3）導(dǎo)體棒ab與導(dǎo)軌間的動(dòng)

17、摩擦因數(shù)和電阻R的值。如圖所示，金屬桿a在離地h高處從靜止開(kāi)始沿弧形軌道下滑，導(dǎo)軌平行的水平部分有豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)B，水平部分導(dǎo)軌上原來(lái)放有一金屬桿b.已知桿的質(zhì)量為ma，且與b桿的質(zhì)量比為mamb=3，水平導(dǎo)軌足夠長(zhǎng)，不計(jì)摩擦，求：（1）a和b的最終速度分別是多大？（2）整個(gè)過(guò)程中回路釋放的電能是多少？（3）若已知a、b桿的電阻之比RaRb=34，其余電阻不計(jì)，整個(gè)過(guò)程中a、b上產(chǎn)生的熱量分別是多少？彈簧模型 彈簧模型定義由彈簧自身的彈力特點(diǎn)而導(dǎo)致彈簧的彈力、加速度或者能量之間的變化的模型。應(yīng)用1.平衡類問(wèn)題2.突變類問(wèn)題3. 碰撞型彈簧問(wèn)題4.機(jī)械能守恒型彈簧問(wèn)題5.簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)型彈簧問(wèn)題6.綜合類彈簧問(wèn)題經(jīng)典例題經(jīng)典例題如圖所示，一質(zhì)量為m的小球系于長(zhǎng)度分別為l1、l2的兩根細(xì)線上，l1的一端懸掛在天花板上，與豎直方向夾角為，l2水平拉直，小球處于平衡狀態(tài)。現(xiàn)將l2線剪斷，求剪斷瞬時(shí)小球的加速度。若將圖3中的細(xì)線l1改為長(zhǎng)度相同、質(zhì)量不計(jì)的輕彈簧，如圖所示，其他條件不變，求剪斷細(xì)線l2瞬時(shí)小球的加速度。磁一勁度系數(shù)k=800N/m的輕質(zhì)彈簧兩端分別連接著質(zhì)量均為m=12kg的物體A、B，它們豎直靜止在水平面上，如圖7所示?，F(xiàn)將一豎直向上的變力F作用在A上，使A開(kāi)始向上做勻加速運(yùn)動(dòng)，經(jīng)0.40s物體B剛要離開(kāi)地面。求：此過(guò)程中