2005高考專題教案專題十二物理過程分析技巧人教版

2005高考專題教課設計專題十二物理過程剖析技巧命題趨向歷屆高考老是把對能力的考察放在首位，考生可否正確地分清物理過程是解決物理問題的重點，反應出學生剖析、解決物理問題能力的高低。所以，歷屆高考試卷都設置有一系列物理過程剖析的試題。對物理過程的剖析，就是將一個復雜的物理過程經(jīng)過人腦的思想整理，分解成幾個簡單的有規(guī)律的子過程，并找出幾個子過程之間的互相聯(lián)系和限制條件。經(jīng)過這種剖析，應使學生能在腦筋里形成一個生動而清楚的物理情形，找到解決問題的簡捷方法。對物理過程的剖析，其自己也是培育學生思想能力、剖析問題能力的有效門路。教課目的：1．經(jīng)過專題復習，掌握物理過程剖析的技巧和方法，提升解答過程剖析類試題的能力。2．經(jīng)過對物理過程剖析的訓練，培育學生思想的嚴實性、深刻性、靈巧性，提升學生的邏輯推理能力。教課重點：經(jīng)過專題復習，掌握物理過程剖析的技巧和方法，提升解答過程剖析類試題的能力。教課難點：經(jīng)過對物理過程剖析的訓練，培育學生思想的嚴實性、深刻性、靈巧性，提升學生的邏輯推理能力。教課方法：講練聯(lián)合，計算機協(xié)助教課教課過程：一、考題回首1．（2000年全國）在原子核物理中，研究核子與核關系的最有效門路是“雙電荷互換反應”。這種反響的前半部分過程和下述力學模型近似。兩個小球A和B用輕質(zhì)彈簧相連，在圓滑的水平直軌道上處于靜止狀態(tài)。在它們左側有一垂直于軌道的固定擋板P，右側有一小球C沿軌道以速度v0射向B球，如下圖。C與B發(fā)生碰撞并立刻結成一個整體D。在它1們持續(xù)向左運動的過程中，當彈簧長度變到最短時，長度忽然被鎖定，不再改變。而后，A球與擋板P發(fā)生碰撞，碰后A、D都靜止不動，A與P接觸而不粘連。過一段時間，忽然解除鎖定（鎖定及排除鎖定均無機械能損失）。已知A、B、C三球的質(zhì)量均為m。1）求彈簧長度剛被鎖定后A球的速度。2）求在A球走開擋板P以后的運動過程中，彈簧的最大彈性勢能。分析：（1）設C球與B球粘結成D時，D的速度為v1，由動量守恒，有mv0(mm)v1①當彈簧壓至最短時，D與A的速度相等，設此速度為v2，由動量守恒，有2mv13mv2②由①、②兩式得A的速度v21v0③3（2）設彈簧長度被鎖定后，儲存在彈簧中的勢能為EP，由能量守恒，有12mv1213mv22EP④22撞擊P后，A與D的動能都為零，排除鎖定后，當彈簧剛恢復到自然長度時，勢能所有轉變?yōu)镈的動能，設D的速度為v3，則有EP1(2m)v32⑤2當彈簧伸長時，A球走開擋板P，并獲取速度。當A、D的速度相等時，彈簧伸至最長。設此時的速度為v4，由動量守恒，有2mv33mv4⑥2當彈簧伸到最長時，其勢能最大，設此勢能為EP，由能量守恒，有12mv3213mv42EP⑦22解以上各式得EP1mv02⑧36評論：這是一道經(jīng)過給定的物理情形考察學生理解、推理和剖析綜合以及獲取知識能力的試題。題目給出了“雙電荷互換反響”這樣一種新情形，還給出了“鎖定”及“排除鎖定”等新奇提法，讓學生有一種嶄新的感覺。認真剖析題意，就能知道題目所給出的可是是一個過程較為復雜的力學模型，只需擅長把它分解為簡單的運動過程，運用有關知識便可求解。2．（2004年全國理綜卷25題20分）一小圓盤靜止在桌布上，位于一方桌的水平面的中央。桌布的一邊與桌的AB邊重合，如下圖。已知盤與桌布間的動摩擦因數(shù)為μ1，盤與桌面間的動摩擦因數(shù)為μ2?，F(xiàn)忽然以恒定加快度a將桌布抽離桌面，加快度的方向是水平的且垂直于AB邊。若圓盤最后未從桌面掉下，則加快度a知足的條件是什么？（以g表示重力加快度）解：設圓盤的質(zhì)量為m，桌長為l，在桌布從圓盤下抽出的過程中，盤的加快度為a1，有1mgma1①桌布抽出后，盤在桌面上作勻減速運動，以a2表示加快度的大小，有2mgma2②設盤剛走開桌布時的速度為v1，挪動的距離為x1，走開桌布后在桌面上在運動距離x2后便停下，有v122a1x1③v122a2x2④盤沒有從桌面上掉下的條件是3x21x1l⑤2設桌布從盤下抽出的時間為t，在這段時間內(nèi)桌布挪動的距離為x，有x1at2⑥2x11a1t2⑦2而x1x1l⑧2由以上各式解得a122⑨1g23．一傳遞帶裝置表示圖如下圖，此中傳遞帶經(jīng)過AB地區(qū)時是水平的，經(jīng)過BC地區(qū)時變?yōu)閳A弧形（圓弧由圓滑模板形成，為畫出），經(jīng)過CD地區(qū)時是傾斜的，AB和CD都與BC相切?，F(xiàn)將大批的質(zhì)量均為m的小貨箱一個一個在A處放到傳遞帶上，擱置時初速為零，經(jīng)傳遞帶運送到D處，D和A的高度差為h。穩(wěn)固工作時傳遞帶速度不變，CD段上各箱等距擺列，相鄰兩箱的距離為L。每個箱子在A處投放后，在抵達B以前已經(jīng)相對于傳遞帶靜止，且此后也不再滑動（忽視經(jīng)BC段時的細小滑動）。已知在一段相當長的時間T內(nèi)，共運送小貨箱的數(shù)量為N。這裝置由電動機帶動，傳遞帶與輪子間無相對滑動，不計輪軸處的摩擦。求電動機的均勻輸出功率P?！驹u析】本題難度0.044，區(qū)分度0.424，是全卷的最后一題，屬于難題，用于區(qū)分較高水平的考生。本題源于用傳遞帶傳遞貨物的實質(zhì)問題，重點考察剖析綜合能力和理解能力，題目設計的情形比較復雜，很多條件比較隱蔽（如傳遞帶的速度v0等），要求考生對于物理觀點和規(guī)律的認識要比較深入，如小貨箱從A處由靜止開始達到和傳遞帶相同的速度過程中，傳遞帶做功使貨箱的動能增添，同時還有摩擦生熱等。4答案：以地面為參照系（下同），設傳遞帶的運動速度為v0，在水平段運輸?shù)倪^程中，小貨箱先在滑動摩擦力作用下做勻加快運動，設這段行程為s，所用時間為t，加快度為a，則對小箱有s1at2①v0at②2在這段時間內(nèi)，傳遞帶運動的行程為s0v0t③由以上可得s02s④用f表示小箱與傳遞帶之間的滑動摩擦力，則傳遞帶對小箱做功為Afx1mv02⑤2傳遞帶戰(zhàn)勝小箱對它的摩擦力做功A0fx021mv02⑥2二者之差就是戰(zhàn)勝摩擦力做功發(fā)出的熱量Q1mv02⑦2可見，在小箱加快運動過程中，小箱獲取的動能與發(fā)熱量相等。T時間內(nèi)，電動機輸出的功為WPT⑧此功用于增添小箱的動能、勢能以及戰(zhàn)勝摩擦力發(fā)熱，即W1Nmv02NmghNQ⑨2已知相鄰兩小箱的距離為L，所以v0TNL⑩聯(lián)立⑦⑧⑨⑩，得PNm[N2L2gh]⑾TT2二、典題例析（一）重視對基本物理過程的剖析5在高中物理中，力學部分波及到的過程有勻速直線運動、勻變速直線運動、平拋運動、圓周運動、機械振動等。除了這些運動過程外還有兩類重要的過程，一個是碰撞過程，另一個是先變加快最后勻速過程（如恒定功率汽車的啟動問題）。電學中的變化過程主要有電容器的充電與放電等。以上的這些基本過程都是特別重要的，在平常的學習中都一定進行認真剖析，掌握每個過程的特色和每個過程按照的基本規(guī)律?！纠}1】（2003年江蘇）當物體從高空著落時，空氣阻力隨速度的增大而增大，所以經(jīng)過一段距離后將勻速著落，這個速度稱為此物體著落的穩(wěn)態(tài)速度。已知球形物體速度不大時所受的空氣阻力正比于速度v，且正比于球半徑r，即阻力f=krv，k是比率系數(shù)。對于常溫下的空氣，比率系數(shù)k=3.4×10-4Ns/m2。已知水的密度1.0103kg/m3，重力加快度為10m/s2。求半徑r=0.10mm的球形雨滴在無風狀況下的穩(wěn)態(tài)速度。（結果保存兩位有效數(shù)字）解題方法與技巧：雨滴著落時受兩個力作用：重力，方向向下；空氣阻力，方向向上。當雨滴達到穩(wěn)態(tài)速度后，加快度為0，二力均衡，用m表示雨滴質(zhì)量，有mg-krv=0，m4r3/3，求得v4r2g/3k，v=1.2m/s。評論：本題就是對典型運動過程先變加快最后勻速的考察，在高考試題中多次出現(xiàn)。（二）剖析物理過程的重點1．階段性——將題目波及的整個過程適合的區(qū)分為若干階段；2．聯(lián)系性——找出各個階段之間是由什么物理量聯(lián)系起來的；3．規(guī)律性——明確每個階段按照什么物理規(guī)律?！纠}2】如圖（1）所示，有兩塊大小不一樣的圓形薄板（厚度不計），質(zhì)量分別為M和m，半徑分別為R和r，兩板之間用一根長為0.4m的輕繩相連結。開始時，兩板水平擱置并疊合在一同，靜止于高度為0.2m處。而后自由著落到一固定支架C上，支架上有一半徑為R′r<R′<R）的圓孔，圓孔與兩薄板中心均在圓板中心軸線上，木板與支架發(fā)生沒有機械能損失的碰撞。碰撞后，兩板即分別，直到輕繩繃緊。在輕繩繃緊的瞬時，兩物體擁有共同速度v，如圖（2）所示。求：（1）若M/m=K，試議論v的方向與K值間的關系。（2）若M=m，則v值為多大？6圖（1）圖（2）解題方法與技巧：（1）本題的研究對象明顯是M和m，它們都能夠看作質(zhì)點，也能夠合在一同看作一個質(zhì)點。本題可把整個過程分三個階段辦理：第一階段，兩板當作一個質(zhì)點自由著落直到與固定支架發(fā)生碰撞。故碰撞前的速度為v02gh=2m/s第二階段，以地面為參照系，M與支架C碰撞后，M以速率v0返回，向上做豎直上拋運動，m以速率v0向下做勻加快運動。兩個質(zhì)點同時做不一樣的運動，這樣的物理模型比較復雜。若改變參照系，能夠選擇其余的運動模型，進而使過程簡化。以大圓板為參照系，則M靜止，小圓板以速率2v0向下做勻速直線運動。一個靜止，一個勻速運動，這個運動模型簡單多了。設經(jīng)過時間t后兩板間繩繃緊，有：L=2v0t①再回到以地面為參照系的狀況，vMv0gt②vmv0gt③解以上三式得vM1m/svm3m/s第三階段，繩繃緊瞬時，因為板間繩作使勁遠大于它們的重力，所以動量守恒，設向上為正方向，有MvMmvm(Mm)v④MvmvMk3得：vmMk⑤11m72）M=m，即k=1，代入上式得，v=-1m/s，兩板獲取向下的共同速度。還可知道：當k>3時，兩板獲取向上的共同速度；當k<3時，兩板獲取向下的共同速度；當k=3時，v=0，兩板剎時速度為零，接著再自由著落。（三）剖析物理過程應注意幾點1．提防以假亂真有些題目的物理過程含而不露，需聯(lián)合已知條件，應用有關觀點和規(guī)律，進行詳細剖析，而不要急于動筆列方程，免得以假的過程模型取代實質(zhì)物理過程?！纠}3】如圖，在一勻強電場中的A點，有一點電荷，并用絕緣細線與O點相連，原來細線恰巧被水平拉直，而沒有伸長。先讓點電荷從A點由靜止開始運動，時求點電荷經(jīng)O點正下方時的速率v。已知電荷的質(zhì)量m=1×10-4kg，電量q=+1.0×10-7C,細線長度L=10cm，電場強度E=1.73×104V/m，g=10m/s2。解題方法與技巧：很多同學見到本題不加考慮地以為小球從A點開始作圓周運動，由動能定理列出方程，mgL+EqL=mv2/2代入數(shù)據(jù)解得v=2.3m/s.實質(zhì)上本題中Eq=3mg，電場力與重力的協(xié)力的方向與水平方向的夾角為30°，所以電荷從A點開始沿直線經(jīng)O點正下方B點處，抵達C點后，細線方開始被拉直，如下圖，電荷從A到B，做勻變速直線運動，而不是從一開始就作圓周運動，由動能定理列出方程，mgLsin30°+EqL=mv2/2，解得v=2.1m/s.2．注意剖析，發(fā)掘“隱含”條件高考物理之所以難，不單因為物理過程復雜多變還因為潛伏條件隱蔽難尋，令人產(chǎn)生條件不足之感而墮入窘境。這正是考察考生思想的深刻程度。假如不認真剖析物理過程而一閱而過，發(fā)掘不出這些條件而失掉了快速解題的時機。8【例題4】在圓滑水平面上，有一質(zhì)量m1=20kg的小車，經(jīng)過一根幾乎不可以深長的輕繩與另一質(zhì)量為m2=25kg的拖車相連結。一質(zhì)量為m3=15kg的物體放在拖車的平板上。物體與平板間的動摩擦因數(shù)為μ=0.2。開始時，拖車靜止，繩未拉緊（如下圖），小車以v0=3m/s的速度向前運動，求：1）當m1、m2、m3以同一速度行進時，速度的大小。2）物體在拖車平板上挪動的距離。分析：（1）在繩開始拉緊到m1、m2、m3以同一速度運動的過程中，總動量不變，m1v0=（m1+m2+m3）v解得v=1.0m/s（2）細繩未拉緊時，無互相作用，因為“繩幾乎不行伸長”，意為小車與拖車作用時間極短，繩中張力很大。對比之下，m2與m3之間的摩擦力可忽視不計，并且在此過程中，m3幾乎沒有挪動。難點一旦打破，可列方程求解：mv=（m+m）v①10121接著m3和m2因滑動摩擦力作用發(fā)生相對位移，最后以共同速度v運動，分別對m3及m和m應用動能定理：12-μm3gs3=m3v2/2②-μm3gs2=（m1+m2）v2/2-（m1+m2）v12/2③由①、、②、③式可解得：s=s2-s3=0.33m3．注意剖析，清除擾亂常常碰到一些物理題成心多給已知條件，或解題過程中精心設置一些歧路，或安排一些貌同實異的判斷，也就是利用擾亂要素考察學生是非分明的能力。這些要素的誘惑程度愈大，愈簡單在解題過程中犯錯誤。選擇題就是比較典型的誘惑題。所以，怎樣從剖析物理過程中清除這些擾亂要素，得出正確結論是十分重要的?！纠}5】以10m/s速度行駛的汽車，司機發(fā)現(xiàn)正前面60m處有一以4m/s的速度與汽車9同方向勻速行駛的自行車，司機以-0.25m/s2的加快度開始剎車，經(jīng)40s停下，停下前能否發(fā)生車禍？錯解：在40s內(nèi)汽車行進s1=v0t+at2/2=200m①在40s內(nèi)自行車行進s2=vt=160m②因發(fā)生車禍的條件是s1>s2+60從①、②得出s1-s2=40m<60m從中得出車禍能夠防止的錯誤結論。正解：在認真剖析汽車運動過程中不難發(fā)現(xiàn)：在汽車速度減小到4m/s以前，它們的距離不停減小，汽車速度減小到4m/s以后，它們的距離不停增添，所以當汽車速度為4m/s時，兩車間的距離最小，此時看兩車能否相撞。汽車速度減小到4m/s所需的時間t=（10-4）/0.25=24s在這段時間里，汽車、自行車行駛的距離汽車：s1=v0t+at2/2=168m自行車：s2=vt=96m由此可知：s1-s2=72m>60m所以會發(fā)生車禍。評論：本題的擾亂要素就是40s。假如不認真剖析物理過程，排出誘惑條件的擾亂，不懂得不發(fā)生車禍的條件是v≤4m/s，而不是vt=0，必會犯錯。4．注意合理區(qū)分物理過程該分則分，宜合則合，并將物理過程的剖析與研究對象及規(guī)律的采用，加以兼顧考慮，以求最正確思路?！纠}6】如下圖，一個質(zhì)量為m，電量為-q的小物體，可在水平軌道x上運動，O端有一與軌道垂直的固定墻，軌道處在場強盛小為E，方向沿Ox軸正向的勻強磁場中，小物體以初速度v0從點x0沿Ox軌道運動，運動中遇到大小不變的摩擦力f作用，且f<qE，小物體與墻壁碰撞時不損失時械能，求它在停止前所經(jīng)過的總行程？10解題方法與技巧：第一要認真剖析小物體的運動過程，成立物理圖景。開始時，設物體從x0點，以速度v0向右運動，它在水平方向受電場力qE和摩擦力f，方向均向左，所以物體向右做勻減速直線運動，直到速度為零；爾后，物體受向左的電場力和向右的摩擦力作用，因為qE>f，所以物體向左做初速度為零的勻加快直線運動，直到以必定速度與墻壁碰撞，碰后物體的速度與碰前速度大小相等，方向相反，而后物體將多次的來去運動。但因為摩擦力老是做負功，物體機械能不停損失，所以物體經(jīng)過同一地點時的速度將不斷減小，直到最后停止運動。物體停止時，所受合外力必然為零，所以物體只好停在O點。對于這樣幅度不停減小的來去運動，研究其全過程。電場力的功只跟始末地點有關，而跟路徑?jīng)]關，所以整個過程中電場力做功WEqEx0依據(jù)動能定理得：qEx0fs01mv02s2qEx0mv02。22f評論：該題也可用能量守恒列式：電勢能減少了qEx0，動能減少了1mv02，內(nèi)能增添qEx012了fs，∴fsmv0222相同解得s2qEx0mv0。5．“臨界”剖析，弄清實質(zhì)一些物理過程問題，因一個或幾個物理量變化到某一特定值——臨界值，則會是物理過程發(fā)生質(zhì)的突變，所以，剖析臨界值，弄清物理過程發(fā)生突變的條件，對不一樣實質(zhì)的物理過程采用相應的規(guī)律，防止把形同質(zhì)異的物理過程混作一談?！纠}7】（2004年春天高考卷）如下圖，abc是圓滑的軌道，此中ab是水平的，bc為與ab相切的位于豎直平面內(nèi)的半圓，半徑R=0.30m。質(zhì)量m=0.20kg的小球A靜止在軌道上，另一質(zhì)量M=0.60kg、速度v0=5.5m/s的小球B與小球A正碰。已知相碰后小球A經(jīng)過半圓的最高點c落到軌道上距b點為l42R處，重力加快度g=10m/s2，求：11（1）碰撞結束后，小球A和B的速度的大小。（2）試論證小球B能否能沿著半圓軌道抵達c點。解題方法與技巧：（1）以v1表示小球A碰后的速度，v2表示小球B碰后的速度，v1表示小球A在半圓最高點的速度，t表示小球A從走開半圓最高點到落在軌道上經(jīng)過的時間，則有v1t42R①1gt22R②2mg(2R)1mv121mv12③22Mv0mv1Mv2④v123Rgv2v0m由①②③④求得23RgM代入數(shù)值得v16m/sv23.5m/s2）假設B球剛能沿著半圓軌道上漲到c點，則在c點時，軌道對它的作使勁等于零。以vc表示它在c點的速度，vb表示它在b點相應的速度，由牛頓定律和機械能守恒定律，有Mgvc2MR1Mvc2Mg(2R)1Mvb222解得vb5Rg12代入數(shù)值得vb3.9m/s由v23.5m/s,可知v2vb，所以小球B不可以達到半圓軌道的最高點。6．注意畫表示圖展現(xiàn)物理圖景在物理剖析過程中，做出經(jīng)過抽象思想加工和歸納出來的表示圖，能夠幫助我們成立起對于事物及其變化的生動的物理情形，便于我們從整體上掌握問題，可使物理情形直觀化，物理量之間的關系更明顯，達到成功解題的目的?！纠}8】在圓滑的水平面上有一靜止的物體，現(xiàn)以水平恒力甲推這一物體，作用一段時間后，換成相反方向的水平恒力乙推這一物體。當恒力乙作用時間與恒力甲作用時間相同時，物體恰巧回到原處，此時物體的動能為32J。則在整個過程中，恒力甲做功等于多少J？恒力乙做功等于多少J？分析：這是一道較好的力學綜合題，波及運動、力、功能關系的問題。粗看物理情形并不復雜，但題意直接給的條件不多，只好深挖題中隱含的條件。以下圖表達出了整個物理過程。解題方法與技巧：物體在相同的時間內(nèi)都作勻變速運動，則有s=v1t/2-s=（v1＋（-v2））t/2由上面兩式得v2=2v1。依據(jù)動能定理，W1=F1s=mv12/2,W2=F2s=mv22/2－mv12/2解得W1=8JW2=24J評論：養(yǎng)成正確畫表示圖的習慣。解物理題，能繪圖的盡量畫，繪圖能幫助我們理解題意，剖析過程，探究過程中各物理量的變化。從受力爭、電路圖到光路圖，幾乎無一物理問題不用圖來增強認識聯(lián)系的，而繪圖又迫使你審盤問題的各個細節(jié)以及細節(jié)之間的關系。三、能力訓練131．如下圖，質(zhì)量為M的小車A右端固定一根輕彈簧，車靜止在圓滑水平面上，一質(zhì)量為m的小物塊B從左端以速度v0沖上小車并壓縮彈簧，而后又被彈回，回到車左端時剛好與車保持相對靜止．求整個過程中彈簧的最大彈性勢能EP和B相對于車向右運動過程中系統(tǒng)摩擦生熱Q各是多少？2．如下圖，水平的平行虛線間距為d=50cm，此間有B=1.0T的勻強磁場。一個正方形線圈邊長為l=10cm，線圈質(zhì)量m=100g，電阻為R=0.020Ω。開始時，線圈的下面緣到磁場上面