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1、 高考物理能力与思维提升专题引言：考纲要求，物理科要考查理解能力、推理能力、分析综合能力、应用数学处理物理问题的能力、实验能力。本专题旨在打破知识章节的界限，从物理能力和物理思维的角度编制成12个微专题，精选出了一些较难的题目，供同学们二轮提升用。一、获取信息，关联所学的能力1. 若原子的某内层电子被电离形成空位,其它层的电子跃迁到该空位上时,会将多余的能量以电磁辐射的形式释放出来,此电磁辐射就是原子的特征x射线.内层空位的产生有多种机制,其中的一种称为内转换,即原子中处于激发态的核跃迁回基态时,将跃迁时释放的能量交给某一内层电子,使此内层电子电离而形成空位(被电离的电子称为内转换电子)的原子
2、核从某一激发态回到基态时,可将能量交给内层电子(如K、L、M层电子,K、L、M标记原子中最靠近核的三个电子层)使其电离.实验测得从原子的K、L、M层电离出的电子的动能分别为、.则可能发射的特征x射线的能量为()A. B. C.D.答案：AC解析:电离过程是:该能级上的电子获得能量后转化为其动能,当获得的动能足能使其脱离原子核的吸引后,则能电离,因此电离时获得的动能等于无穷远处能级和该能级之间能量差.所以内层三个能级的能量分别为:,因此放出的特征x射线的能量分别为:,解决该题的关键是从题目中获取有用信息,从题目可以知道特征x射线的原理是:电子在原子内层能级之间的跃迁,和氢原子能级跃迁一样,只是内
3、层原子跃迁时,释放能量较高. 2. （2011全国大纲卷）通常一次闪电过程历时约0.20.3s，它由若干个相继发生的闪击构成。每个闪击持续时间仅4080s，电荷转移主要发生在第一个闪击过程中。在某一次闪电前云地之间的电势差约为，云地间距离约为1km；第一个闪击过程中云地间转移的电荷量约为6C，闪击持续时间约为60s。假定闪电前云地间的电场是均匀的。根据以上数据，下列判断正确的是（ ）。A.闪电电流的瞬时值可达到B.整个闪电过程的平均功率约为C.闪电前云地间的电场强度约为D.整个闪电过程向外释放的能量约为答案：AC解析:A项，。B项，。C项，。D项，。3.（2018福建质检）为了减少污染，工业废
4、气需用静电除尘器除尘，某除尘装置如图所示，其收尘极为金属圆筒，电晕极位于圆筒中心。当两极接上高压电源时，电晕极附近会形成很强的电场使空气电离，废气中的尘埃吸附离子后在电场力的作用下向收尘极运动并沉积，以达到除尘目的。假设尘埃向收尘极运动过程中所带电量不变，下列判断正确的是（）。A: 金属圆筒内存在匀强电场B: 金属圆筒内越靠近收尘极电势越低C: 带电尘埃向收尘极运动过程中电势能越来越大D: 带电尘埃向收尘极运动过程中受到的电场力越来越小答案：D解析:A项，由于金属圆筒接的是正极，圆筒中心接的是负极，所以场强方向呈辐射状，因此金属圆筒内存在的不是匀强电场，故A项错误。B项，金属圆筒内越靠近收尘极
5、即越靠近正极，其电势越高，故B项错误。C项，带电尘埃向收尘极运动过程中，电场力做正功，电势能减小，故C项错误。D项，由于金属圆筒内的电场类似于负点电荷的电场，所以越靠近收尘极，电场线越稀疏，电场强度越小，因此带电尘埃向收尘极运动过程中受到的电场力越来越小，故D项正确。4.（2018湖北八校（一）三体问题是天体力学中的基本模型，即探究三个质量、初始位置和初始速度都任意的可视为质点的天体，在相互之间万有引力的作用下的运动规律。三体问题同时也是一个著名的数学难题，1772年，拉格朗日在“平面限制性三体问题”条件下找到了5个特解，它就是著名的拉格朗日点。在该点上，小天体在两个大天体的引力作用下能基本保
6、持相对静止。右图是日地系统的5个拉格朗日点（、），设想未来人类在这五个点上都建立了太空站，若不考虑其它天体对太空站的引力，则下列说法正确的是（）。A: 位于点的太空站处于受力平衡状态B: 位于点的太空站的线速度大于地球的线速度C: 位于点的太空站的向心加速度大于位于点的太空站的向心加速度D: 位于点的太空站受到的向心力大小等于位于点的太空站受到的向心力大小答案：BC解析:A项，据题意知太空站与地球同步绕太阳做圆周运动，太空站受到的合力提供绕太阳运动的向心力，所以不是处于受力平衡状态，故A项错误。B项，太空站与地球同步绕太阳做圆周运动，角速度相同，而处太空站与太阳的距离大于地球与太阳的距离，由角
7、速度线速度关系，所以位于处的太空站的线速度大于地球的线速度，故B项正确。C项，图中可以看到，由向心加速度公式得到，故C项正确。D项，图中可以看到，由向心力公式，得到虽然向心加速度的大小相等，但是由于太空站的质量不一定相同，所以受到的向心力不一定相等，故D项错误。二、等效与对称1.分析均匀带电球壳内外的电场2. 研究表明,地球表面附近的电场强度不为零,假设地球表面附近的电场强度平均值为,方向竖直向下,试求地球表面附近每平方米所带的负电荷的电量.(保留两位有效数字)答案:可认为地球表面所带电荷集中在地球球心,因此地球可视为一个点电荷,则由点电荷产生的场强的计算公式有:地球的表面积为:地球表面附近每
8、平方米所带的负电荷量为:联立得:3.（2013安徽）如图所示,xOy平面是无穷大导体的表面,该导体充满z0的空间为真空.将电荷量为q的点电荷置于z轴上z=h处,则在xOy平面上会产生感应电荷.空间任意一点处的电场皆是由点电荷q和导体表面上的感应电荷共同激发的.已知静电平衡时导体内部电场强度处处为零,则在z轴上z=处的电场强度大小为(k为静电力常量)()A.kB.kC.kD.k答案：D解析：设点电荷为正电荷(不影响结果),则导体表面的感应电荷为负电荷.如图,设所求点为A点距O点为,取其关于xOy平面的对称点为B,点电荷在A、B两点的场强大小分别为E1、E2,感应电荷在A、B两点的电场强度的大小分
9、别为EA、EB.静电平衡时,B点的合场强为零,EB=E2=,由对称性,EA=EB=,故A点场强为E=EA+E1=+=.故选项D正确.4.（2018长安区第一中学高二上期中）ab是长为的均匀带电细杆，、是位于ab所在直线上的两点，位置如图所示。ab上电荷产生的静电场在处的场强大小为，在处的场强大小为。则以下说法中正确的是（ ）。A: 两处的电场方向相同，B: 两处的电场方向相反，C: 两处的电场方向相同，D: 两处的电场方向相反，答案：D解析:在处，场强由左侧距为长度为的带电细杆提供；在处，关于对称的细杆电场相互抵消，只剩下点右侧距为的长度为的带电细杆提供，显然两处的电场方向相反，且，故D项正确
10、。5.（2016黄冈中学质检）带电荷量为Q的正电荷距一很大的接地金属板的距离为a,如图所示.试求金属板对点电荷的作用力.答案：方向由+Q垂直指向金属板解析：由于接地金属板很大,因此点电荷Q发出的电场线会全部终止并垂直于金属板,可见板左侧的电场和相距2a的等量异种点电荷产生的电场完全一致,则可用求相距为2a的等量异种电荷间的相互作用力来等效代替求感应电荷对Q的作用力,如图所示.故感应电荷对Q的作用力,方向由+Q垂直指向金属板.6. （2010安徽）如图所示，水平地面上方矩形区域内存在垂直纸面向里的匀强磁场，两个边长相等的单匝闭合正方形线圈和，分别用相同材料，不同粗细的导线绕制（为细导线）。两线圈
11、在距磁场上界面高处由静止开始自由下落，再进入磁场，最后落到地面，运动过程中，线圈平面始终保持在竖直平面内且下边缘平行于磁场上边界。设线圈、落地时的速度大小分别为、，在磁场中运动时产生的热量分别为、。不计空气阻力，已知线框电阻与导线长度成正比，与导线横截面积成反比，则（ ）。A:，B:，C:，D:，答案：D解析:（定量计算）两线框从相同高度自由下落，刚到达磁场上边界时的速度相等，线框下边切割磁感线产生的感应电动势为，线框此时所受安培力。根据电阻定律知线框电阻，线框刚进入磁场边界所受安培力写为，瞬时加速度（其中表示材料的密度），式中各个量对于两个线圈均相等，所以两线框同步运动，落地速度相等；根据能
12、量守恒，线框从初始位置运动至落地过程有（其中表示磁场高度），由于线框质量较小，所以产生热量较少，即，故D项正确。（等效法）将等效为若干个叠在一起7.（2015延边示范性中学高二上期末）如图所示，一个带正电荷的物块，由静止开始从斜面上A点下滑，滑到水平面BC上的D点停下来。已知物块与斜面及水平面间的动摩擦因数相同，且不计物块经过B处时的机械能损失。先在ABC所在空间加竖直向下的匀强电场，第二次让物块从A点由静止开始下滑，结果物块在水平面上的点停下来。后又撤去电场，在ABC所在空间加水平向里的匀强磁场，再次让物块从A点由静止开始下滑，结果物块沿斜面滑下并在水平面上的点停下来。则以下说法中正确的是（
13、）。A:点一定与D点重合B:点一定在D点左侧C:点一定与D点重合D:点一定在D点右侧答案：AD解析:A、B项，（等效法）设高度为，斜面倾角为，斜面长度为，AB水平距离为，物块在水平面运动的距离为。物块从A点滑下直到停止，由动能定理，。加入竖直向下的匀强电场，相当于增大了重力，质量由变为，但是与无关，所以不变，一定与D点重合。C、D项，撤去电场，加入垂直纸面向里的磁场，由左手定则，洛伦兹力方向先垂直斜面向上后垂直水平面向上，相当于减小了斜面和水平面对物块的支持力，则摩擦力减小，洛伦兹力不做功，距离增大，所以点一定在D点右侧。8. 一个带负电荷q,质量为m的小球,从光滑绝缘的斜面轨道的A点由静止下
14、滑,小球恰能通过半径为R的竖直圆形轨道的最高点B而做圆周运动.现在竖直方向上加如图所示的匀强电场,若仍从A点由静止释放该小球能过圆轨道的最低点,则( )A.小球不能过B点B.小球仍恰好能过B点C.小球能过B点,且在B点与轨道之间压力不为0D.以上说法都不对答案：B解:A、B,（定量计算）没有电场时,最高点速度设为v 则 又根据机械能守恒定律 计算得出 加上电场时,恰好过最高点需要的速度设为v 则 而由动能定理,得 ,说明小球仍恰好能过B点. （等效法）加入竖直向下的匀强电场，等效于增大了重力9. 如图所示是磁带录音机的磁带盒的示意图,A、B为缠绕磁带的两个轮子,其半径均为r.在放音结束时,磁带
15、全部绕到了B轮上,磁带的外缘半径为R,且.现在进行倒带,使磁带绕到A轮上.倒带时A轮是主动轮,其角速度是恒定的,B轮是从动轮.经测定磁带全部绕到A轮上需要的时间为t.则从开始倒带到A、B两轮的角速度相等所需要的时间()A.B.C.D.答案：B解:在A轮转动的过程中,半径均匀增大,角速度恒定,根据,知线速度均匀增大,设从开始倒带到A、B两轮的角速度相等所需要的时间为t,此时磁带边缘上各点的速度大小为v.将磁带边缘上各点的运动等效看成一种匀加速直线运动,加速度为a,磁带总长为L,则:则有:得结合加速度的定义得:代入得计算得出.所以B选项是正确的,A、C、D错误.10.如图，内径均匀的敞口U形管中装有两种液体，密度分别为1，2（12），长度均为L，管子的水平段长度也为L。当管子有水平向左的加速度a时，求左右液面高度差h。设液体未溢出，已知重力加速度为g。答案：h=1+2a+2-1g1+2g-2-1aL注意：水平段液体的压强不是处处相等的，要以水平段中的所有液体为对象
