高中物理常见模型（2020年8月整理）.pdf

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1、一 寸 光 阴 不 可 轻 1 20102010 年高三物理第二轮总复习年高三物理第二轮总复习 ( (大纲版大纲版) ) 第第 9 专题专题 高中物理常见的物理模型高中物理常见的物理模型 方法概述方法概述 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 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 34 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设计性实验题 的可能性较大 (3)试卷中

2、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 热点、重点、难点热点、重点、难点 一、斜面问题 在每年各地的高考卷中几乎都有关于斜面模型的试题如 2009 年高考全国

3、理综卷第 25 题、北京理综卷第 18 题、天津理综卷第 1 题、上海物理卷第 22 题等，2008 年高考全国 理综卷第 14 题、全国理综卷第 16 题、北京理综卷第 20 题、江苏物理卷第 7 题和第 15 题等在前面的复习中，我们对这一模型的例举和训练也比较多，遇到这类问题时，以下结 论可以帮助大家更好、更快地理清解题思路和选择解题方法 1自由释放的滑块能在斜面上(如图 91 甲所示)匀速下滑时，m 与 M 之间的动摩擦 因数 gtan 图 91 甲 2自由释放的滑块在斜面上(如图 91 甲所示)： (1)静止或匀速下滑时，斜面 M 对水平地面的静摩擦力为零； (2)加速下滑时，斜面对

4、水平地面的静摩擦力水平向右； (3)减速下滑时，斜面对水平地面的静摩擦力水平向左 3自由释放的滑块在斜面上(如图 91 乙所示)匀速下滑时，M 对水平地面的静摩擦力 为零，这一过程中再在 m 上加上任何方向的作用力，(在 m 停止前)M 对水平地面的静摩擦 力依然为零(见一轮书中的方法概述) 一 寸 光 阴 不 可 轻 2 图 91 乙 4悬挂有物体的小车在斜面上滑行(如图 92 所示)： 图 92 (1)向下的加速度 agsin 时，悬绳稳定时将垂直于斜面； (2)向下的加速度 agsin 时，悬绳稳定时将偏离垂直方向向上； (3)向下的加速度 agsin 时，悬绳将偏离垂直方向向下 5在倾

5、角为 的斜面上以速度 v0平抛一小球(如图 93 所示)： 图 93 (1)落到斜面上的时间 t2v 0tan g ； (2)落到斜面上时，速度的方向与水平方向的夹角 恒定，且 tan 2tan ，与初速度无 关； (3)经过 tcv 0tan g 小球距斜面最远，最大距离 d(v 0sin )2 2gcos 6如图 94 所示，当整体有向右的加速度 agtan 时，m 能在斜面上保持相对静止 图 94 7在如图 95 所示的物理模型中，当回路的总电阻恒定、导轨光滑时，ab 棒所能达 到的稳定速度 vmmgRsin B2L2 图 95 8如图 96 所示，当各接触面均光滑时，在小球从斜面顶端滑

6、下的过程中，斜面后退 的位移 s m mM L 图 96 一 寸 光 阴 不 可 轻 3 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 举例如下：如图 97 甲所示，质量为 M、倾角为 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 Mm Mmsin2 gsin ，式中 g 为重力加速度 图 97 甲 对于上述解，某同学首先分析了等号右侧的量的

7、单位，没发现问题他进一步利用特殊 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2008 年高考 北京理综卷( ) A当 0 时，该解给出 a0，这符合常识，说明该解可能是对的 B当 90 时，该解给出 ag，这符合实验结论，说明该解可能是对的 C当 Mm 时，该解给出 agsin ，这符合预期的结果，说明该解可能是对的 D当 mM 时，该解给出 a g sin ，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 agsin ；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

8、下滑，难以求出运动的加速度 图 97 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： Mx tm Lx t 解得：x mL Mm 当 mM 时，xL，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 ag 选项 D 中，当 mM 时，a g sin g 显然不可能 答案 D 【点评】本例中，若 m、M、L 有具体数值，可假设 B 下滑至底端时速度 v1的水平、 竖直分量分别为 v1x、v1y，则有： v1y v1x h Lx (Mm)h ML 1 2mv1x 21 2mv1y 21 2Mv2 2mgh mv1xMv2 解方程组即可得 v1

9、x、v1y、v1以及 v1的方向和 m 下滑过程中相对地面的加速度 例 2 在倾角为 的光滑斜面上，存在着两个磁感应强度大小相同的匀强磁场，其方 向一个垂直于斜面向上，一个垂直于斜面向下(如图 98 甲所示)，它们的宽度均为 L一个 质量为 m、边长也为 L 的正方形线框以速度 v 进入上部磁场时，恰好做匀速运动 一 寸 光 阴 不 可 轻 4 图 98 甲 (1)当 ab 边刚越过边界 ff时，线框的加速度为多大，方向如何？ (2)当 ab 边到达 gg与 ff的正中间位置时，线框又恰好做匀速运动，则线框从开始进 入上部磁场到 ab 边到达 gg与 ff的正中间位置的过程中，线框中产生的焦耳

10、热为多少？ (线框的 ab 边在运动过程中始终与磁场边界平行，不计摩擦阻力) 【解析】(1)当线框的 ab 边从高处刚进入上部磁场(如图 98 乙中的位置所示)时， 线框恰好做匀速运动，则有： mgsin BI1L 此时 I1BLv R 当线框的 ab 边刚好越过边界 ff(如图 98 乙中的位置所示)时，由于线框从位置 到位置始终做匀速运动，此时将 ab 边与 cd 边切割磁感线所产生的感应电动势同向叠加， 回路中电流的大小等于 2I1故线框的加速度大小为： 图 98 乙 a4BI 1Lmgsin m 3gsin ，方向沿斜面向上 (2)而当线框的 ab 边到达 gg与 ff的正中间位置(如

11、图 98 乙中的位置所示)时， 线框又恰好做匀速运动，说明 mgsin 4BI2L 故 I21 4I1 由 I1BLv R 可知，此时 v1 4v 从位置到位置，线框的重力势能减少了3 2mgLsin 动能减少了1 2mv 21 2m( v 4) 215 32mv 2 由于线框减少的机械能全部经电能转化为焦耳热，因此有： Q3 2mgLsin 15 32mv 2 答案 (1)3gsin ，方向沿斜面向上 (2)3 2mgLsin 15 32mv 2 【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 一 寸 光 阴 不 可 轻 5 握各种情况下求平衡速度的方法 二

12、、叠加体模型 叠加体模型在历年的高考中频繁出现，一般需求解它们之间的摩擦力、相对滑动路程、 摩擦生热、多次作用后的速度变化等，另外广义的叠加体模型可以有许多变化，涉及的问题 更多如 2009 年高考天津理综卷第 10 题、宁夏理综卷第 20 题、山东理综卷第 24 题，2008 年高考全国理综卷 的第 15 题、北京理综卷第 24 题、江苏物理卷第 6 题、四川延考区理 综卷第 25 题等 叠加体模型有较多的变化，解题时往往需要进行综合分析(前面相关例题、练习较多)， 下列两个典型的情境和结论需要熟记和灵活运用 1叠放的长方体物块 A、B 在光滑的水平面上匀速运动或在光滑的斜面上自由释放后 变

13、速运动的过程中(如图 99 所示)，A、B 之间无摩擦力作用 图 99 2如图 910 所示，一对滑动摩擦力做的总功一定为负值，其绝对值等于摩擦力乘以 相对滑动的总路程或等于摩擦产生的热量，与单个物体的位移无关，即 Q摩f s相 图 910 例 3 质量为 M 的均匀木块静止在光滑的水平面上，木块左右两侧各有一位拿着完 全相同的步枪和子弹的射击手首先左侧的射击手开枪，子弹水平射入木块的最大深度为 d1，然后右侧的射击手开枪，子弹水平射入木块的最大深度为 d2，如图 911 所示设子弹 均未射穿木块，且两子弹与木块之间的作用力大小均相同当两颗子弹均相对木块静止时， 下列说法正确的是(注：属于选修

14、 35 模块)( ) 图 911 A最终木块静止，d1d2 B最终木块向右运动，d1d2 C最终木块静止，d1d2 【解析】 木块和射出后的左右两子弹组成的系统水平方向不受外力作用， 设子弹的质量 为 m，由动量守恒定律得： mv0mv0(M2m)v 解得：v0，即最终木块静止 设左侧子弹射入木块后的共同速度为 v1，有： mv0(mM)v1 Q1f d11 2mv0 21 2(mM)v1 2 解得：d1 mMv02 2(mM)f 对右侧子弹射入的过程，由功能原理得： Q2f d21 2mv0 21 2(mM)v1 20 解得：d2(2m 2mM)v02 2(mM)f 即 d1d2 答案 C

15、【点评】摩擦生热公式可称之为“功能关系”或“功能原理”的公式，但不能称之为 一 寸 光 阴 不 可 轻 6 “动能定理”的公式，它是由动能定理的关系式推导得出的二级结论 三、含弹簧的物理模型 纵观历年的高考试题， 和弹簧有关的物理试题占有相当大的比重 高考命题者常以弹簧 为载体设计出各类试题， 这类试题涉及静力学问题、 动力学问题、 动量守恒和能量守恒问题、 振动问题、功能问题等，几乎贯穿了整个力学的知识体系为了帮助同学们掌握这类试题的 分析方法，现将有关弹簧问题分类进行剖析 对于弹簧， 从受力角度看， 弹簧上的弹力是变力； 从能量角度看， 弹簧是个储能元件 因 此，弹簧问题能很好地考查学生的

16、综合分析能力，故备受高考命题老师的青睐如 2009 年 高考福建理综卷第 21 题、山东理综卷第 22 题、重庆理综卷第 24 题，2008 年高考北京理综 卷第 22 题、山东理综卷第 16 题和第 22 题、四川延考区理综卷第 14 题等题目类型有：静 力学中的弹簧问题，动力学中的弹簧问题，与动量和能量有关的弹簧问题 1静力学中的弹簧问题 (1)胡克定律：Fkx，Fkx (2)对弹簧秤的两端施加(沿轴线方向)大小不同的拉力， 弹簧秤的示数一定等于挂钩上的 拉力 例 4 如图 912 甲所示，两木块 A、B 的质量分别为 m1和 m2，两轻质弹簧的劲度 系数分别为 k1和 k2，两弹簧分别连接 A、B，整个系统处于平衡状态现缓慢向上提木块 A， 直到下面的弹簧对地面的压力恰好为零，在此过程中 A 和 B 的重力势能共增加了( ) 图 912 甲 A(m