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1、 難點(diǎn)30 物理模型的構(gòu)建  難點(diǎn)30  物理模型的構(gòu)建  隨著高考改革的深入，新高考更加突出對(duì)考生應(yīng)用能力及創(chuàng)新能力的考查，大量實(shí)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(shí)際情景中構(gòu)建物理模型借助物理規(guī)律解決實(shí)際問題則成了一個(gè)重要環(huán)節(jié).  ●難點(diǎn)磁場(chǎng)  1.（★★★★）如圖30-1所示，AB為半徑R=2 m的一段光滑圓槽，A、B兩點(diǎn)在同一水平面上，且   長(zhǎng)20 cm，將小球由A點(diǎn)釋放，則它運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)所用的時(shí)間為多少？（g取10 m/

2、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(zhǎng)度L=8.010-2 m，間距d=5.010-3 m，極板不帶電時(shí)，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=Umsinωt,當(dāng)所加電壓的最大值Um超過某一數(shù)值U0時(shí)，將開始出現(xiàn)以下現(xiàn)象：電子束有時(shí)通過極板 ，有時(shí)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(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.

3、B車的總質(zhì)量為10 kg.現(xiàn)給B車一個(gè)水平向左的100 Ns瞬間沖量，若兩車在運(yùn)動(dòng)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(dòng)量守恒定律、能的轉(zhuǎn)化守恒定律、楞次定律等知識(shí)點(diǎn)為依托，考查分析、推理能力，等效類比模型轉(zhuǎn)換的知識(shí)遷移能力.  錯(cuò)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，是切入的關(guān)鍵，也是考生思路受阻的障礙點(diǎn).  解題方法與技巧：由于感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)總是阻礙導(dǎo)體和磁場(chǎng)間相對(duì)運(yùn)動(dòng)，A、B兩車之間就產(chǎn)生排斥力，以A、B兩車為研

4、究對(duì)象，它們所受合外力為零.動(dòng)量守恒，當(dāng)A、B車速度相等時(shí)，兩車相互作用結(jié)束，據(jù)以上分析可得：  I=mBvB=(mA+mB)v,vB== m/s=10 m/s,  v==6.7 m/s  從B車運(yùn)動(dòng)到兩車相對(duì)靜止過程，系統(tǒng)減少的機(jī)械能轉(zhuǎn)化成電能，電能通過電阻發(fā)熱，轉(zhuǎn)化為焦耳熱.根據(jù)能量轉(zhuǎn)化與守恒：  Q=mBv2- (mA+mB)v2   =10102-15()2  J=166.7 J    ［例2］（★★★★★）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

5、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30-4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？  命題意圖：考查攝取信息構(gòu)建模型的實(shí)踐創(chuàng)新能力.B級(jí)要求.  錯(cuò)解分析：考生慣于已知物理模型的傳統(tǒng)命題的求解，在此無法通過原型啟發(fā)，將液體類比為磁場(chǎng)中導(dǎo)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(dāng)電流流過液體時(shí)，液體即

6、為載流導(dǎo)體，在磁場(chǎng)中將受到安培力作用，力的方向由左手定則判定，所以液體將沿v的方向流動(dòng).液體通電后可視為導(dǎo)體，從電磁場(chǎng)的原理圖中可抽象出如圖30-5所示的模型，既通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受力模型.以載流導(dǎo)體為研究對(duì)象，根據(jù)安培力公式，載流導(dǎo)體受到的安培力（即液體受力）為：  F=BIh                         &nb

7、sp;                               ①  由壓強(qiáng)公式，得p=                

8、                          ②  且S=ah                      &

9、nbsp;                              ③  由①②③得p=  ●錦囊妙計(jì)  理想化模型就是為便于對(duì)實(shí)際物理問題進(jìn)行研究而建立的高度抽象的理想客體.  高考命題以能力立意，而能力立意又常以問題立意為切入點(diǎn)，千變?nèi)f化的

10、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(yùn)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(shí)、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(shí)、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

11、規(guī)律求解.  ●殲滅難點(diǎn)訓(xùn)練  1.（★★★★）一人做“蹦極”運(yùn)動(dòng)，用原長(zhǎng)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(yùn)動(dòng)停止瞬間所用時(shí)間為4 s，則橡皮繩對(duì)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(dòng)中泵出血液70 mL，推動(dòng)血液流動(dòng)的平均壓強(qiáng)為1.6104 Pa，設(shè)心臟主動(dòng)脈的內(nèi)徑為2.5 cm，每分鐘搏動(dòng)75次，求：  （1）心臟推動(dòng)血液流動(dòng)的平均功率是多大？  （2）血液從心臟流出的平均速度是多大？ &nbs

12、p;  3.（★★★★）如圖30-6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)度中的自由電子數(shù)目為n，問：金屬導(dǎo)體前后表面哪一面電勢(shì)高？電勢(shì)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(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)

13、，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ω繞過兩圓環(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η，求電動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械功率.  5.（★★★★）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)高度超過多大時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致脛骨骨折.  6.（★★★★）電磁泵是應(yīng)用磁力來輸送導(dǎo)電液體（如液態(tài)金屬、血液等）的裝置，它不

14、需要機(jī)械活動(dòng)組件.圖30-8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？    難點(diǎn)30 物理模型的構(gòu)建  ［難點(diǎn)磁場(chǎng)］  1.1.40 s 2.U0=91 V  ［殲滅難點(diǎn)訓(xùn)練］  1.870~880 N

15、  2.（1）1.4 W （2）0.18 m/s  3.用左手定則可知，金屬導(dǎo)體后表面聚集較多的電子，故前表面電勢(shì)較高，自由電子在定向移動(dòng)過程中受電場(chǎng)力和洛倫茲力作用，于是  eE=evB,E=,I=nev,  由以上三式解得：U=.  4.處于磁場(chǎng)中的金屬條切割磁感線的線速度為v=ω,產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為  E=Blv=Blω.  通過切割磁感線的金屬條的電流為  I==.  磁場(chǎng)中導(dǎo)體受到的安培力為F=BIl，克服安培力做功的功率為  

16、;P安=Fv=FωD，  電動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械功率為P=P安/η，  聯(lián)立以上各式解出P=  5.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(duì)全過程由動(dòng)能定理有mg(h1+h2)-Fh2=0  解得：h1== m=2.7 m  6.在長(zhǎng)為L(zhǎng)的一段導(dǎo)電液體，通過電流I時(shí)，在磁場(chǎng)中長(zhǎng)為a的一段導(dǎo)電液體受安培力，F(xiàn)=Bla，其方向沿管道向右，它對(duì)導(dǎo)電液體產(chǎn)生的壓強(qiáng)為  p==  電流I==8.0 A.