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專題一 三大題型解題方略
第1講 “十法”秒殺選擇題
選擇題是當(dāng)前高考必備的題型之一,主要考查對物理概念、物理現(xiàn)象、物理過程和物理規(guī)律的認(rèn)識、判斷、辨析、理解和應(yīng)用等,具有信息量大、知識覆蓋面廣、干擾性強、命題靈活性強、層次豐富、能考查學(xué)生的多種能力等特點.要想迅速、準(zhǔn)確地解答物理選擇題,不但要熟練掌握和應(yīng)用物理的基本概念和規(guī)律,還要掌握下列解答物理選擇題的基本方法和特殊技巧.
方法一 直接判斷法
通過觀察題目中所給出的條件,根據(jù)所學(xué)知識和規(guī)律推出結(jié)果,直接判斷,確定正確的選項.直接判斷法適用于推理過程較簡單的題目,這類題目主要考查學(xué)生對物理知識的記憶和理解程度,如考查物理學(xué)史和物理常識的試題等.
[典例1] (多選)1820年,奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng),1831年法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象,這兩個發(fā)現(xiàn)在物理學(xué)史上都具有劃時代的意義,圍繞這兩個發(fā)現(xiàn),下列說法正確的是( )
A.電流磁效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)從相反的角度對法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象具有啟發(fā)意義
B.可以推斷出,在法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象的年代,已經(jīng)發(fā)明了電池
C.電磁感應(yīng)的發(fā)現(xiàn)為大規(guī)模發(fā)電提供了理論基礎(chǔ)
D.電磁感應(yīng)的發(fā)現(xiàn)為解釋地球磁場的形成提供了理論方向
解析 電流產(chǎn)生磁場的現(xiàn)象叫做電流的磁效應(yīng),利用磁場產(chǎn)生電流的現(xiàn)象叫做電磁感應(yīng)現(xiàn)象,所以選項A正確.電流的磁效應(yīng)比電磁感應(yīng)現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)得早,而發(fā)現(xiàn)電流的磁效應(yīng)時需要有持續(xù)的電流,說明當(dāng)時已經(jīng)發(fā)明了電池,選項B正確.電磁感應(yīng)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn),說明大量的機械能可以通過磁場轉(zhuǎn)化為電能,所以為大規(guī)模的發(fā)電提供了理論基礎(chǔ),選項C正確.解釋地球磁場的形成需要知道磁場形成的原因,電流磁效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)為解釋地球磁場的形成提供了理論方向,選項D錯誤.
答案 ABC
點評 物理學(xué)史是考試內(nèi)容之一,熟記牛頓、伽利略、卡文迪許、庫侖、法拉第等物理學(xué)家的成就,直接作出判斷.
[即學(xué)即用]
1.在物理學(xué)發(fā)展的過程中,許多物理學(xué)家的科學(xué)研究推動了人類文明的進程.在對以下幾位物理學(xué)家所做科學(xué)貢獻的敘述中,正確的說法是( )
A.英國物理學(xué)家牛頓用實驗的方法測出了引力常量G
B.第谷接受了哥白尼日心說的觀點,并根據(jù)開普勒對行星運動觀察記錄的數(shù)據(jù),應(yīng)用嚴(yán)密的數(shù)學(xué)運算和橢圓軌道假說,得出了開普勒行星運動定律
C.亞里士多德認(rèn)為兩個從同一高度自由落下的物體,重物體與輕物體下落一樣快
D.胡克認(rèn)為只有在一定的條件下,彈簧的彈力才與彈簧的形變量成正比
解析:選D.牛頓提出了萬有引力定律及引力常量的概念,但沒能測出G的數(shù)值,G的數(shù)值是由卡文迪許通過實驗得出的,故A錯誤.開普勒接受了哥白尼日心說的觀點,并根據(jù)第谷對行星運動觀察記錄的數(shù)據(jù),應(yīng)用嚴(yán)密的數(shù)學(xué)運算和橢圓軌道假說,得出了開普勒行星運動定律,故B錯誤.亞里士多德認(rèn)為兩個從同一高度自由落下的物體,重物體比輕物體下落得快,故C錯誤.胡克認(rèn)為只有在一定的條件下,彈簧的彈力才與彈簧的形變量成正比,故D正確.
方法二 篩選排除法
篩選排除法就是通過對物理知識的理解,對物理過程的分析或計算,將明顯錯誤或不合理的選項一一排除的方法.篩選排除法主要適用于選項中有相互矛盾、相互排斥或有完全肯定、完全否定的說法的單選選擇題.
[典例2] 如圖所示,以MN、PQ為邊界的區(qū)域內(nèi)存在垂直紙面向里的勻強磁場,磁場寬為2L,高為L的正三角形閉合金屬框由粗細(xì)均勻的電阻絲圍成,在外力作用下由圖示位置被水平向右勻速拉過磁場區(qū)域,ab邊平行MN且垂直金屬框運動方向,取逆時針方向為電流的正方向,則金屬框中的感應(yīng)電動勢E、感應(yīng)電流I,所施加的外力F及外力的功率P隨位移x的變化關(guān)系圖正確的是( )
解析 金屬框進入磁場的過程中,穿過金屬框的磁通量增加,由楞次定律可知此過程中感應(yīng)電流為逆時針方向,而此過程金屬框切割磁感線的有效長度l=2xtan 30均勻增加,完全進入磁場后,穿過金屬框的磁通量不變,回路中無感應(yīng)電流和感應(yīng)電動勢,排除A選項;0~L位移內(nèi),因金屬框做勻速直線運動,所以F外=F安=BIl==tan230,即外力隨位移的增大而非線性增大,排除C選項;0~L位移內(nèi),外力的功率P=F外v=tan230,即外力的功率隨位移的增大而非線性增大,排除D選項;所以B選項正確.
答案 B
點評 運用排除法解題時,對于完全肯定或完全否定的說法,要抓住“一定”、“一定不”等關(guān)鍵詞語,通過舉例(正例或反例)的方式進行判斷;涉及圖象變化問題通常從大小、方向兩個角度排除,對于相互矛盾或者相互排斥的選項,則最多只有一個是正確的,要學(xué)會從不同方面判斷或從不同角度思考與推敲.
[即學(xué)即用]
2.如圖甲所示,兩根電阻不計的光滑金屬導(dǎo)軌豎直放置,導(dǎo)軌上端接電阻R,寬度相同的水平條形區(qū)域Ⅰ和Ⅱ內(nèi)有方向垂直導(dǎo)軌平面向里的勻強磁場B,Ⅰ和Ⅱ之間無磁場.一導(dǎo)體棒兩端套在導(dǎo)軌上,并與兩導(dǎo)軌始終保持良好接觸,導(dǎo)體棒從距區(qū)域Ⅰ上邊界H處由靜止釋放,在穿過兩段磁場區(qū)域的過程中,流過電阻R上的電流及其變化情況相同.圖乙的四個圖象中能定性描述導(dǎo)體棒速度大小與時間關(guān)系的是( )
乙
解析:選C.MN棒先做自由落體運動,當(dāng)?shù)舰駞^(qū)磁場時由四個 選項知棒開始減速說明F安>mg,由牛頓第二定律得,F(xiàn)安-mg=ma,減速時F安減小,合力減小,a也減小,速度圖象中圖線上各點切線斜率減小;可排除選項B、D.離開Ⅰ區(qū)后棒做加速度為g的勻加速直線運動,隨后進入Ⅱ區(qū)磁場,因棒在穿過兩段磁場區(qū)域的過程中,流過電阻R上的電流變化情況相同,則在Ⅱ區(qū)磁場中運動情況與Ⅰ區(qū)磁場中完全相同,切線斜率減小,故排除選項A,所以只有C項正確.
方法三 圖象思維法
圖象思維法是根據(jù)各物理量間的關(guān)系,作出表示物理量之間的函數(shù)關(guān)系的圖線,然后利用圖線的交點、圖線的斜率、圖線的截距、圖線與坐標(biāo)軸所圍幾何圖形的“面積”等代表的物理意義對問題進行分析、推理、判斷或計算,其本質(zhì)是利用圖象本身的數(shù)學(xué)特征所反映的物理意義解決物理問題,或者根據(jù)物理圖象判斷物理過程、物理狀態(tài)、物理量之間的函數(shù)關(guān)系和求解某些物理量.
[典例3] 如圖所示,有一內(nèi)壁光滑的閉合橢圓形管道,置于豎直平面內(nèi),MN是通過橢圓中心O點的水平線.已知一小球從M點出發(fā),初速率為v0,沿管道MPN運動,到N點的速率為v1,所需時間為t1;若該小球仍由M點以初速率v0出發(fā),而沿管道MQN運動,到N點的速率為v2,所需時間為t2,則( )
A.v1=v2,t1>t2 B.v1
t2
C.v1=v2,t1t2,A項正確,C項錯誤.
答案 A
點評 圖象、情境、規(guī)律是解圖象問題不可分割的三個要素.要把物理規(guī)律和物理圖象相結(jié)合,才能真正理解圖象中斜率、交點、截距以及圖線和坐標(biāo)軸所圍面積的實際物理意義.圖象中的圖線是直線,盡可能寫出橫、縱坐標(biāo)代表的兩個物理量間的函數(shù)關(guān)系,通過與圖象中的斜率、截距以及圖線和坐標(biāo)軸所圍面積比較就可得出相關(guān)結(jié)論.
[即學(xué)即用]
3.(多選)如圖,游樂場中,從高處A到水面B處有兩條長度相同的光滑軌道.甲、乙兩小孩沿不同軌道同時從A處自由滑向B處,下列說法正確的有( )
A.甲的切向加速度始終比乙的大
B.甲、乙在同一高度的速度大小相等
C.甲、乙在同一時刻總能到達同一高度
D.甲比乙先到達B處
解析:選BD.根據(jù)機械能守恒定律,mgh=mv2,在同一高度甲、乙的速度大小相等,B項正確;甲開始的切向加速度比乙的大,且這個加速度在豎直方向的分加速度也大,因此開始時甲在豎直方向的分運動比乙的豎直方向的分運動快.從如圖所示的速率—時間圖象可以判斷,甲先到達B點,D項正確,故選B、D.
方法四 特殊值法
有些選擇題展示出一般情形,計算難度比較大,甚至不能用現(xiàn)有物理規(guī)律進行準(zhǔn)確計算,可針對題設(shè)條件選擇一些能反映已知量與未知量數(shù)量關(guān)系的特殊值代入有關(guān)表達式進行推算,依據(jù)結(jié)果對選項進行判斷,從而得出結(jié)論.
[典例4] 如圖所示,細(xì)線的一端系一質(zhì)量為m的小球,另一端固定在傾角為θ的光滑斜面體頂端,細(xì)線與斜面平行.在斜面體以加速度a水平向右做勻加速直線運動的過程中,小球始終靜止在斜面上,小球受到細(xì)線的拉力FT和斜面的支持力FN分別為(重力加速度為g)( )
A.FT=m(gsin θ+acos θ) FN=m(gcos θ-asin θ)
B.FT=m(gcos θ+asin θ) FN=m(gsin θ-acos θ)
C.FT=m(acos θ-gsin θ) FN=m(gcos θ+asin θ)
D.FT=m(asin θ-gcos θ) FN=m(gsin θ+acos θ)
解析 取特例a=0,則FT=mgsin θ,F(xiàn)N=mgcos θ.將a=0代入四個選項,只有A項可得到上述結(jié)果,故只有A正確.
答案 A
點評 以上解析用非常規(guī)解法,巧取特例輕松妙解,特例賦值法一般對通解表達式很奏效.
[即學(xué)即用]
4.如圖,在固定斜面上的一物塊受到一外力F的作用,F(xiàn)平行于斜面向上.若要使物塊在斜面上保持靜止,F(xiàn)的取值應(yīng)有一定的范圍,已知其最大值和最小值分別為F1和F2(F1和F2的方向均沿斜面向上).由此可求出物塊與斜面間的最大靜摩擦力為( )
A. B.2F2
C. D.
解析:選C.取F1=F2≠0,則斜面光滑,最大靜摩擦力等于零,代入后只有C滿足.
方法五 二級結(jié)論法
二級結(jié)論是由基本規(guī)律和基本公式導(dǎo)出的推論.熟記并巧用一些二級結(jié)論可以使思維過程簡化,節(jié)約解題時間.非常實用的二級結(jié)論有:(1)平拋運動速度方向的反向延長線過水平位移的中點;(2)不同質(zhì)量和電荷量的同性帶電粒子由靜止相繼經(jīng)過相同的加速電場和偏轉(zhuǎn)電場,軌跡重合;(3)直流電路中動態(tài)分析的“串反并同”結(jié)論;(4)帶電平行板電容器與電源斷開,改變極板間距離不影響極板間勻強電場的場強.
[典例5] (多選)如圖所示,電源電動勢為E,內(nèi)阻為r.電路中的R2、R3分別為總阻值一定的滑動變阻器,R0為定值電阻,R1為光敏電阻(其電阻隨光照強度增大而減小).當(dāng)開關(guān)S閉合時,電容器中一帶電微粒恰好處于靜止?fàn)顟B(tài).下列說法中正確的是( )
A.只逐漸增大對R1的光照強度,電阻R0消耗的電功率變大,電阻R3中有向上的電流
B.只調(diào)節(jié)電阻R3的滑動端P2向上端移動時,電源消耗的電功率變大,電阻R3中有向上的電流
C.只調(diào)節(jié)電阻R2的滑動端P1向下端移動時,電壓表示數(shù)變大,帶電微粒向下運動
D.若斷開開關(guān)S,帶電微粒向下運動
解析 當(dāng)逐漸增大光照強度時,光敏電阻R1的阻值減小,依據(jù)“串反并同”可知電流I增大,則PR0增大,UC增大,QC=CUC增大,即電容器充電,R3中有向上的電流,A正確;當(dāng)P2向上移動時,UC不變,R3中沒有電流,故B錯誤.當(dāng)P1向下移動時,I不變,但UC變大,EC=變大,電場力FC=變大,微粒向上運動,故C錯誤.若斷開開關(guān)S,電容器放電,UC降為0,則微粒只受重力作用而向下運動,故D正確.
答案 AD
點評 有些二級結(jié)論只在一定的條件下成立,在使用這些二級結(jié)論時,必須清楚結(jié)論是否適合題給物理情境.
[即學(xué)即用]
5.如圖所示的電路中,電源電動勢為E,內(nèi)阻為r,C為電容器,電流表 和電壓表 均可視為理想電表.閉合開關(guān)S后,在將滑動變阻器的滑片P向右移動的過程中( )
A.電流表A的示數(shù)變小,電壓表V的示數(shù)變大
B.小燈泡L變暗
C.通過定值電阻R1的電流方向自右向左
D.電源的總功率變大,效率變小
解析:選D.當(dāng)滑動變阻器的滑片P向右移動時,滑動變阻器接入電路的有效電阻減小,由“串反并同”知,電流表的示數(shù)將增大,電壓表示數(shù)將減小,小燈泡L變亮,電源總功率增大,電源內(nèi)電壓增大,選項A、B錯誤;電容器兩端電壓即電壓表示數(shù),由Q=CU知電容器將放電,通過定值電阻R1的電流方向自左向右,選項C錯誤;因電源內(nèi)電壓增大,所以路端電壓減小,由η=100%知電源效率變小,選項D正確.
方法六 對稱法
對稱分析法就是利用物理現(xiàn)象、物理過程具有對稱的特點來分析解決物理問題的方法.常見的應(yīng)用:(1)運動的對稱性,如豎直上拋運動中物體向上、向下運動的兩過程中同位置處速度大小相等,加速度相等;(2)結(jié)構(gòu)的對稱性,如均勻帶電的圓環(huán),在其圓心處產(chǎn)生的場強為零;(3)幾何關(guān)系的對稱性,如粒子從某一直線邊界射入磁場,再從同一邊界射出磁場時,速度與邊界的夾角相等;(4)場的對稱性,等量同種、異種電荷形成的場具有對稱性;電流周圍的磁場,條形磁鐵和通電螺線管周圍的磁場等都具有對稱性.
[典例6] 如圖所示,帶電荷量為+q的均勻帶電半球殼的半徑為R,CD為通過半球頂點C與球心O的軸線,P、Q為CD軸上在球心O點兩側(cè)、與O點距離相等的兩點.如果是帶電荷量為q0的均勻帶電球殼,其內(nèi)部電場強度處處為零,電勢都相等.則下列判斷正確的是( )
A.P點的電勢與Q點的電勢相等
B.P點的電場強度與Q點的電場強度大小相等
C.在P點由靜止釋放帶正電的微粒(重力不計),微粒將做勻加速直線運動
D.帶正電的微粒在O點的電勢能為零
解析 由對稱性可知半球殼右側(cè)的電場線沿CD方向的一定是向右,故P點的電勢一定高于Q點,選項A錯誤;根據(jù)對稱性,若在O點的右側(cè)再放置一同樣的半球殼組成圓形球殼,則P、Q兩點的場強為零,即右半部分球殼在P點的場強大小等于左半部分球殼在P點的場強大小,由對稱性可知,左半部分球殼在Q點的場強大小等于右半部分球殼在P點的場強大小,故左半部分球殼在P點的場強大小等于左半部分球殼在Q點的場強大小,選項B正確;CD方向上電場線水平向右,在P點由靜止釋放帶正電微粒,微粒做變加速運動,C錯誤;本題沒有選取零勢能點,所以帶正電的微粒在O點的電勢能不一定為零,D錯誤.
答案 B
點評 用對稱性解題的關(guān)鍵是分析問題時抓住事物在某一方面的對稱性,例如對稱的運動、對稱的結(jié)構(gòu)、對稱的作用力、對稱的幾何關(guān)系、對稱的電路等.利用對稱法分析解決物理問題,可以避免復(fù)雜的數(shù)學(xué)演算和推導(dǎo),直接抓住問題的實質(zhì),快速簡便地求解問題.
[即學(xué)即用]
6.用一輕質(zhì)彈簧把兩個質(zhì)量分別為m和M的木板A和B連接起來,放在水平地面上,如圖所示.現(xiàn)在上面木板A上施加一壓力F,使撤去此力后,木板A跳起來恰好使木板B離地,則F的大小為( )
A.Mg B.mg
C.(M+m)g D.(M-m)g
解析:選C.F作用在A上壓縮彈簧到一定形變量,撤去F瞬間,A的加速度為a=,根據(jù)彈簧的拉伸和壓縮過程具有對稱性可知,當(dāng)B恰好離地時A的加速度大小和撤去F瞬間A的加速度相同,所以B恰好離地時,設(shè)彈簧的彈力為F彈,則有ma=F彈+mg,F(xiàn)彈=Mg,聯(lián)立解得F=(M+m)g.
方法七 逆向思維法
正向思維法在解題中運用較多,而有時利用正向思維法解題比較煩瑣,這時我們可以考慮利用逆向思維法解題.應(yīng)用逆向思維法解題的基本思路:①分析確定研究問題的類型是否能用逆向思維法解決;②確定逆向思維問題的類型(由果索因、轉(zhuǎn)換研究對象、過程倒推等);③通過轉(zhuǎn)換運動過程、研究對象等確定求解思路.
[典例7] (多選)如圖所示,有一位冒險家希望有一天能站在世界上最高的樓頂,他設(shè)想把這樣一座樓建在赤道上,假設(shè)這座樓施工完成,高度為h,站在樓頂時,他恰好感到自己“飄浮”起來.設(shè)這位冒險家的質(zhì)量為m,地球的半徑為R,地球表面的重力加速度為g,地球自轉(zhuǎn)的角速度為ω,則冒險家在樓頂受到的萬有引力的大小為( )
A.0 B.
C.m D.
解析 由題意可知,冒險家已經(jīng)成了同步衛(wèi)星,如果受到的萬有引力為零,就不會做圓周運動,而會離開樓頂,在太空中做勻速運動,可知A錯誤.如果B正確,則有=,得gR2=GM,此式成立,B正確.設(shè)冒險家受到的萬有引力為F,則有F==,如果C正確,有F=m,可得=,兩邊立方,得R2gω4=,化簡得(R+h)ω2=,把式中的gR2用GM代替得(R+h)ω2=,兩邊再乘以m,左右調(diào)換位置,得=m(R+h)ω2,此式成立,可知C正確,D錯誤.
答案 BC
點評 在高中每一個知識板塊都存在正向和逆向思維的連接,例如勻加速直線運動規(guī)律和勻減速直線運動規(guī)律的互逆;圓周運動中最低點和最高點速度的互推;力學(xué)中由物體的受力情況可以推出物體的運動情況,也可以由物體的運動情況反推物體的受力情況等.
[即學(xué)即用]
7.(多選)如圖所示,在水平地面上的A點以速度v1與地面成θ角射出一彈丸,恰好以速度v2垂直穿入豎直壁上的小孔B,下列說法正確的是(不計空氣阻力)( )
A.在B點以與v2大小相等的速度,與v2方向相反射出彈丸,它必定落在地面上的A點
B.在B點以與v1大小相等的速度,與v2方向相反射出彈丸,它必定落在地面上的A點
C.在B點以與v1大小相等的速度,與v2方向相反射出彈丸,它必定落在地面上A點的左側(cè)
D.在B點以與v1大小相等的速度,與v2方向相反射出彈丸,它必定落在地面上A點的右側(cè)
解析:選AC.以速度v1與地面成θ角射出一彈丸,恰好以速度v2垂直穿入豎直壁上的小孔B,說明彈丸在B點的豎直速度為零,v2=v1cos θ,根據(jù)“逆向”思維:在B點以與v2大小相等方向相反的速度射出彈丸,它必落在地面上的A點,A正確;在B點以與v1大小相等的速度,與v2方向相反射出彈丸,由于v1>v2,彈丸在空中運動的時間不變,所以它必定落在地面上A點的左側(cè),C正確,B、D錯誤.
方法八 極限思維法
極限思維法是指在某些物理狀態(tài)變化的過程中,把某個物理量或物理過程推向極端,從而作出科學(xué)的推理分析,挖掘出隱含條件,給出正確判斷或?qū)С鲆话憬Y(jié)論.該方法一般適用于題干中所涉及的物理量隨條件單調(diào)變化、連續(xù)變化的情況.
[典例8] 由相關(guān)電磁學(xué)知識可以知道,若圓環(huán)形通電導(dǎo)線的中心為O,環(huán)的半徑為R,環(huán)中通大小為I的電流,如圖甲所示,則環(huán)心O處的磁感應(yīng)強度大小B=,其中μ0為真空磁導(dǎo)率.若P點是過圓環(huán)形通電導(dǎo)線中心O點的軸線上的一點,且距O點的距離是x,如圖乙所示.請根據(jù)所學(xué)的物理知識判斷下列有關(guān)P點處的磁感應(yīng)強度BP的表達式正確的是( )
A.BP=
B.BP=
C.BP=
D.BP=
解析 本題看似無法解決,但題目中已知O點的磁感應(yīng)強度大小的表達式.應(yīng)用極限法,當(dāng)x=0時,P點與O點重合,磁感應(yīng)強度大小BP=,A正確.
答案 A
點評 當(dāng)某些問題無法求解時,可將題中某些物理量的值推向極端(如本題中將r推向0),然后對選項進行分析推理,進而得出答案.解題時要注意:①有哪些量可以推向極端;②極端推向0還是無窮大.
[即學(xué)即用]
8.一半徑為R的絕緣環(huán)上,均勻地帶有電荷量為Q的電荷,在垂直于圓環(huán)平面的對稱軸上有一點P,它與環(huán)心O的距離OP=L.靜電力常量為k,關(guān)于P點的場強E,下列四個表達式中有一個是正確的,請你根據(jù)所學(xué)的物理知識,通過一定的分析,判斷正確的表達式是( )
A.E= B.E=
C.E= D.E=
解析:選D.當(dāng)R=0時,帶電圓環(huán)等同一點電荷,由點電荷電場強度計算式可知在P點的電場強度為E=k,將R=0代入四個選項,只有A、D選項滿足;當(dāng)L=0時,均勻帶電圓環(huán)在中心處產(chǎn)生的電場的電場強度為0,將L=0代入選項A、D,只有選項D滿足.
方法九 類比法
中學(xué)物理概念較多,物理規(guī)律難于記憶,通過類比法可便于記憶,如在電場與重力場的比較中,場強與重力加速度、電勢與高度、電勢差與高度差、電勢能與重力勢能等都有相似的地方.類比法在物理解題中的主要應(yīng)用可分為模型比較和方法比較等,模型比較是指用已知模型引導(dǎo)新問題的模型建立,如電子繞正點電荷的運動可以通過與天體運動模型比較來建立;方法比較主要運用于不同知識內(nèi)容在物理方法的使用上的類比,例如磁感應(yīng)強度的定義方法可以與電場強度的定義方法進行比較.
[典例9] 在空間有相互垂直的場強為E的勻強電場和磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場,如圖所示,一帶電荷量為q、質(zhì)量為m的帶負(fù)電質(zhì)點從原點O由靜止釋放,不計質(zhì)點的重力,則質(zhì)點在y軸方向前進的最大距離為( )
A. B.
C. D.
解析 雖然質(zhì)點在O點速度為零,但可以設(shè)想質(zhì)點具有速率為v、沿x軸正方向的速度和速率為v、沿x軸負(fù)方向的速度,且v滿足Bqv=qE.照此設(shè)想,質(zhì)點在其后的運動過程中將受到三個力作用,注意到質(zhì)點所受的沿y軸負(fù)方向的洛倫茲力和它所受的電場力平衡,故質(zhì)點的運動可等效類比成速率為v、沿x軸正向的勻速直線運動和一個速率為v的勻速圓周運動的合成,對勻速圓周運動有evB=m,其中R=,解得ym=,選項C正確.
答案 C
[即學(xué)即用]
9.自然界中有許多問題極其相似,例如有質(zhì)量的物體周圍存在著引力場、電荷周圍存在著電場、運動電荷周圍存在著磁場,其中萬有引力和庫侖力有類似的規(guī)律,因此我們可以用定義電場強度的方法來定義引力場的場強.已知引力常量為G,則與質(zhì)量為M的質(zhì)點相距r處的引力場場強為( )
A.G B.G
C.G D.G
解析:選C.萬有引力公式與庫侖力公式是相似的,分別為F1=G和F2=k,真空中,帶電荷量為Q的點電荷在距它r處所產(chǎn)生的電場強度被定義為試探電荷q在該處所受的庫侖力與其電荷量的比值,即E==k,與此類比,質(zhì)量為M的質(zhì)點在距它r處所產(chǎn)生的引力場的場強可定義為試探質(zhì)點在該處所受的萬有引力與其質(zhì)量的比值,即EG==G.
方法十 等效轉(zhuǎn)換法
等效轉(zhuǎn)換法是指在用常規(guī)思維方法無法求解那些有新穎情境的物理問題時,靈活地轉(zhuǎn)換研究對象或采用等效轉(zhuǎn)換法將陌生的情境轉(zhuǎn)換成我們熟悉的情境,進而快速求解的方法.等效轉(zhuǎn)換法在高中物理中是很常用的解題方法,常常有物理模型等效轉(zhuǎn)換、參照系等效轉(zhuǎn)換、研究對象等效轉(zhuǎn)換、物理過程等效轉(zhuǎn)換、受力情況等效轉(zhuǎn)換等.
[典例10] 如圖所示,一只杯子固定在水平桌面上,將一塊薄紙板蓋在杯口上并在紙板上放一枚雞蛋,現(xiàn)用水平向右的拉力將紙板快速抽出,雞蛋(水平移動距離很小,幾乎看不到)落入杯中,這就是慣性演示實驗.已知雞蛋(可視為質(zhì)點)中心離紙板左端的距離為d,雞蛋和紙板的質(zhì)量分別為m和2m,所有接觸面的動摩擦因數(shù)均為μ,重力加速度為g,若雞蛋移動的距離不超過就能保證實驗成功,則所需拉力的最小值為( )
A.3μmg B.6μmg
C.12μmg D.26μmg
解析 本題物理情境較新,但仔細(xì)分析發(fā)現(xiàn)雞蛋和紙板的運動可轉(zhuǎn)換為經(jīng)典的滑塊—滑板模型,所以對雞蛋有=a1t2,μmg=ma1,對紙板有d+=a2t2、Fmin-3μmg-μmg=2ma2,聯(lián)立解得Fmin=26μmg,D對.
答案 D
點評 對于物理過程與我們熟悉的物理模型相似的題目,可嘗試使用轉(zhuǎn)換分析法,如本題中將雞蛋和紙板轉(zhuǎn)換為滑塊—滑板模型即可快速求解.
[即學(xué)即用]
10.如圖所示,一長為L的輕桿一端固定在光滑鉸鏈上,另一端固定一質(zhì)量為m的小球.一水平向右的拉力作用于桿的中點,使桿以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動,當(dāng)桿與水平方向成60角時,拉力的功率為( )
A.mgLω B.mgLω
C.mgLω D.mgLω
解析:選C.拉力F做的功與小球克服重力做功相同,因輕桿勻速轉(zhuǎn)動,則拉力F的功率與小球克服重力做功的功率也相同,故P=mgωLcos 60=mgLω,C正確.
第2講 “四法”巧解實驗題
近幾年高考對實驗的考查,多以一大帶一小的形式,其中第一小題為常規(guī)實驗題,側(cè)重考查基本實驗儀器的讀數(shù)或常規(guī)型實驗.第二小題側(cè)重對學(xué)生實驗遷移能力的考查,常以設(shè)計性實驗來體現(xiàn),主要為電學(xué)實驗,也有力學(xué)實驗.只要扎扎實實掌握課本實驗的實驗原理、實驗方法、數(shù)據(jù)處理的方法及分析,靈活遷移到解決創(chuàng)新性、設(shè)計性實驗中,就能穩(wěn)得實驗題高分.分類型突破如下:
方法一 基本儀器型——“細(xì)”微之處見高低
刻度尺、游標(biāo)卡尺、螺旋測微器、打點計時器、電流表、電壓表、多用電表都是基本儀器,要熟練掌握它們的使用方法、操作規(guī)程和讀數(shù)規(guī)則,此類試題難度不大,要防止在讀數(shù)的估讀、結(jié)果的有效數(shù)字和單位上出錯.
[典例1] (1)圖甲中游標(biāo)卡尺的讀數(shù)為________mm,圖乙中螺旋測微器的讀數(shù)為________mm.
(2)某同學(xué)用多用電表的歐姆擋來測量一電壓表的內(nèi)阻,如圖丙所示.先將選擇開關(guān)旋至倍率“10”擋,紅、黑表筆短接調(diào)零后進行測量,紅表筆應(yīng)接電壓表的____接線柱(填“+”或“-”),結(jié)果發(fā)現(xiàn)歐姆表指針偏角太小,則應(yīng)將選擇開關(guān)旋至____(填“1”或“100”)擋并____,最終測量結(jié)果如圖丁所示,則電壓表的電阻為______Ω.
解析 (1)由游標(biāo)卡尺的讀數(shù)規(guī)則[主尺上的整毫米數(shù)+精確度對齊格數(shù)(不估讀)],可知游標(biāo)卡尺的讀數(shù)為29 mm+0.1 mm8=29.8 mm;由螺旋測微器的讀數(shù)規(guī)則[固定刻度上的毫米數(shù)(要注意半毫米線)+0.01 mm對齊刻度(一定要估讀)],可知螺旋測微器的讀數(shù)為0.5 mm+0.01 mm38.0=0.880 mm.
(2)多用電表使用時要注意電流是“紅進黑出”,電壓表中電流是從正接線柱流入的,所以多用電表的紅表筆應(yīng)接電壓表的“—”接線柱,歐姆表指針偏角太小,說明所測電阻阻值較大,應(yīng)換用大倍率擋位進行測量,并且重新進行歐姆調(diào)零,讀數(shù)結(jié)果為40100 Ω=4 000 Ω.
答案 (1)29.8 0.880 (2)- 100 重新進行歐姆調(diào)零 4 000
點評 本題易出錯的地方有:(1)游標(biāo)卡尺讀數(shù)時不注意單位;不從游標(biāo)尺上的“0”刻度線開始讀;對齊格數(shù)估讀了一位.(2)螺旋測微器讀數(shù)時不注意固定刻度上的半毫米線;結(jié)果中舍棄了末位“0”.(3)不注意電壓表中電流的流向;不能根據(jù)指針偏角情況更換倍率擋位.
[即學(xué)即用]
1.以下儀器的讀數(shù)分別是多少?
讀出下圖中游標(biāo)卡尺(50分度)與螺旋測微器、電流表、電壓表、歐姆表(10倍率)的讀數(shù).
(1)________mm (2)________mm (3)________A (4)________V (5)________Ω.
答案:(1)42.20 (2)2.988(2.987~2.989均可)
(3)0.42 (4)2.22(2.20~2.23均可) (5)300
方法二 常規(guī)實驗型——“實”踐出真知
常規(guī)實驗題主要考查教材上基本實驗的實驗原理、器材的選擇、實驗的操作、數(shù)據(jù)的處理和誤差分析.復(fù)習(xí)時要從領(lǐng)會實驗原理出發(fā),全方位理解和掌握實驗器材、實驗操作、實驗步驟、實驗數(shù)據(jù)的處理、誤差分析和電學(xué)實驗實物圖的連接、電路圖的設(shè)計等,對每一個實驗都應(yīng)做到心中有數(shù).
[典例2] 某同學(xué)從家里的廢舊收音機上拆下一電學(xué)元件,其上標(biāo)注“2.5 V,1.5 W”的字樣,為描繪出該元件的伏安特性曲線,該同學(xué)在實驗室找到了下列實驗器材:
A.電流表(量程是3 A,內(nèi)阻是0.1 Ω)
B.電流表(量程是0.6 A,內(nèi)阻是0.5 Ω)
C.電壓表(量程是15 V,內(nèi)阻是25 kΩ)
D.電壓表(量程是3 V,內(nèi)阻是5 kΩ)
E.滑動變阻器(阻值范圍0~5 Ω,額定電流為0.6 A)
F.滑動變阻器(阻值范圍0~100 Ω,額定電流為0.6 A)
G.直流電源(電動勢E=3 V,內(nèi)阻不計)
H.開關(guān)、導(dǎo)線若干
(1)為了提高實驗結(jié)果的準(zhǔn)確程度,電流表應(yīng)選________;電壓表應(yīng)選________;滑動變阻器應(yīng)選________.(以上均填寫器材代號)
(2)請將圖甲所示實驗電路圖補充完整.
(3)該同學(xué)根據(jù)設(shè)計的實驗電路進行實驗,通過實驗得到的數(shù)據(jù)如下表(I和U分別表示待測元件的電流和電壓),請在圖乙中描繪出該元件的伏安特性曲線.
I/A
0
0.12
0.21
0.29
0.34
0.38
0.42
0.45
0.47
0.49
0.50
U/A
0
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
1.20
1.40
1.60
1.80
2.00
解析 (1)元件的最大電壓不超過2.5 V,電壓表應(yīng)選D,最大電流不超過I= A=0.6 A,電流表選B,為方便實驗操作,滑動變阻器應(yīng)選小阻值范圍,所以選E.
(2)由表中實驗數(shù)據(jù)可知,電壓與電流應(yīng)從零開始變化,滑動變阻器應(yīng)采用分壓式接法,元件電阻約為R== Ω≈4.17 Ω,電壓表內(nèi)阻約為5 kΩ,電流表內(nèi)阻為0.5 Ω,電壓表內(nèi)阻遠(yuǎn)大于電學(xué)元件電阻,電流表應(yīng)采用外接法.
(3)根據(jù)表中實驗數(shù)據(jù)在坐標(biāo)系內(nèi)描出對應(yīng)點,然后作出圖象.
答案 (1)B D E (2)如圖1所示
(3)如圖2所示
點評 本實驗以測電學(xué)元件的伏安特性曲線為載體,考查儀器的選取、實物連圖及實驗數(shù)據(jù)的處理方法,做好此類題的關(guān)鍵是將常規(guī)實驗的基本操作、數(shù)據(jù)處理熟記在心.
[即學(xué)即用]
2.某同學(xué)用圖甲所示原理圖測量一節(jié)干電池的電動勢和內(nèi)阻,有以下器材可供選擇:
A.電流表(0~0.6 A)
B.電壓表(0~3 V)
C.滑動變阻器R(0~15 Ω,5 A)
D.滑動變阻器R′(0~50 Ω,1 A)
E.定值電阻R0(阻值為1 Ω)
F.開關(guān)S及導(dǎo)線若干
(1)滑動變阻器應(yīng)選________(填器材前的字母序號).
(2)按照原理圖連接好線路后進行測量,測得數(shù)據(jù)如下表所示.
1
2
3
4
5
I/A
0.11
0.20
0.30
0.40
0.50
U/V
1.37
1.35
1.33
1.32
1.29
由上表數(shù)據(jù)可看出,電壓表示數(shù)變化不明顯,試分析原因是________________.
(3)現(xiàn)將上述器材的連線略加改動就可使電壓表的示數(shù)變化更明顯,請在圖乙中按改動后的原理圖完成實物圖連接.
(4)該同學(xué)按改動后的原理圖重新測量,并根據(jù)所測數(shù)據(jù)畫出U—I圖象,如圖丙所示,則干電池的電動勢為________V,內(nèi)阻為________Ω.
解析:(1)因是一節(jié)干電池且考慮電流表量程,滑動變阻器應(yīng)選用C.
(2)因電壓表測的是路端電壓,其示數(shù)變化不明顯,說明內(nèi)電壓在滑動變阻器滑片移動過程中變化很小,電池的內(nèi)阻過?。?
(3)電池內(nèi)阻很小,因此可適當(dāng)增大電池內(nèi)阻,將定值電阻歸為電池內(nèi)阻,改動后的實物連接圖如圖所示.
(4)由閉合電路歐姆定律得U=E-Ir,即U-I圖象中的縱截距表示電池電動勢為1.50 V,圖線的斜率的絕對值為“新”電源的內(nèi)阻,即r+R0= Ω,r=0.25 Ω.
答案:(1)C (2)電池內(nèi)阻過小 (3)如解析圖所示
(4)1.5 0.25
方法三 創(chuàng)新實驗型——“活”用原理,
妙遷移
創(chuàng)新實驗題要求考生能將教材中的學(xué)生實驗和演示實驗的實驗原理、方法進行遷移和應(yīng)用,試題新穎、能力要求高.如力學(xué)中與紙帶相關(guān)的實驗、電學(xué)中電路的設(shè)計、計算形式的實驗題等都可能考查學(xué)生運用已學(xué)過的實驗方法、原理處理新情境實驗題的能力,做題時一定要審清題意,明確實驗?zāi)康?,?lián)想和遷移應(yīng)用相關(guān)實驗原理.
[典例3] 某研究性學(xué)習(xí)小組用如圖甲所示裝置來測定當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?,主要操作過程如下:
①安裝實驗器材,調(diào)節(jié)試管夾(小鐵球)、光電門和紙杯在同一豎直線上;
②打開試管夾,由靜止釋放小鐵球,用光電計時器記錄小鐵球在兩個光電門間的運動時間t,并用刻度尺(圖甲中未畫出)測量出兩個光電門之間的高度h,計算出小鐵球通過兩光電門間的平均速度v;
③保持光電門1的位置不變,改變光電門2的位置,重復(fù)②的操作.測出多組數(shù)據(jù),計算出對應(yīng)的平均速度v;
④畫出v-t圖象.
請根據(jù)實驗,回答如下問題:
(1)設(shè)小鐵球到達光電門1時的速度為v0,當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間.則小鐵球通過兩光電門間的平均速度v的表達式為________(用v0、g和t表示).
(2)實驗測得的數(shù)據(jù)如下表:
實驗次數(shù)
1
2
3
4
5
6
h(cm)
10.00
20.00
30.00
40.00
50.00
60.00
t(s)
0.069
0.119
0.159
0.195
0.226
0.255
v(m/s)
1.45
1.68
1.89
2.05
2.21
2.35
請在坐標(biāo)紙(如圖乙)上畫出v-t圖象.
(3)根據(jù)v-t圖象,可以求得當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭=________m/s2,試管夾到光電門1的距離約為________cm.(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)
解析 本題實驗裝置中有兩個光電門,這個裝置比較常見,可以用來研究勻變速直線運動、探究動能定理、驗證機械能守恒定律等.實驗中可以通過光電計時器測出小鐵球通過兩光電門的時間(若知道小鐵球直徑寬度,可得小鐵球通過光電門的瞬時速度),用刻度尺測出兩光電門的距離,然后進行一系列的分析.
(1)因為h=v0t+gt2,所以v==v0+gt.
(2)在坐標(biāo)紙上描點,用一條直線將這些點連接起來,使盡可能多的點在直線上,不在直線上的點均勻分布于直線兩側(cè).
(3)從圖中可求出斜率k=4.84 m/s2,v0=1.10 m/s,解得g=9.7 m/s2,h==0.062 m.
答案 (1)v=v0+gt (2)如圖所示
(3)9.7(9.5~9.9之間均可) 6.2(6.0~6.4之間均可)
點評 本實驗的創(chuàng)新之處,在于數(shù)據(jù)信息的獲取方式,利用光電門及光電計時器使數(shù)據(jù)的獲取更便捷,理解落體法測重力加速度的原理,并在不同的實驗背景下靈活應(yīng)用是解題的關(guān)鍵.
[即學(xué)即用]
3.若用多用電表測得待測元件Rx的電阻大約為1 500 Ω,現(xiàn)在要進一步精確測量其電阻,有以下器材:
A.待測元件Rx(阻值約為1 500 Ω)
B.電流表(量程為5 mA,內(nèi)阻約5 Ω)
C.電阻箱R(9 999.9 Ω,0.02 A)
D.直流電源(電動勢約為20 V,內(nèi)阻約0.5 Ω)
E.單刀雙擲開關(guān)一個,單刀單擲開關(guān)一個,導(dǎo)線若干
實驗小組有同學(xué)設(shè)計了如圖所示的電路進行測量,完成下列實驗步驟中的填空:
在閉合S前,先把R調(diào)到________(填“最大值”或“最小值”),然后把K接1,________,再把K接2,________,則Rx=________(用實驗中獲得的物理量來表示).
解析:為了安全,在閉合S前,應(yīng)先把R調(diào)到最大值,閉合開關(guān)S,當(dāng)把K接1后,調(diào)節(jié)R使其示數(shù)為R1,此時電流表示數(shù)為I0,由閉合電路歐姆定律可得I0=;當(dāng)把K接2后,調(diào)節(jié)R使電流表示數(shù)仍為I0,此時R示數(shù)為R2,根據(jù)閉合電路歐姆定律可得I0=,解得Rx=R2-R1.
答案:最大值 調(diào)節(jié)R,當(dāng)其阻值為R1時,電流表示數(shù)為I0 調(diào)節(jié)R使電流表示數(shù)仍為I0,此時電阻箱R示數(shù)為R2 R2-R1
方法四 數(shù)形結(jié)合型——“巧”變公式找函數(shù)
高考物理考查學(xué)生應(yīng)用數(shù)學(xué)知識的能力,在實驗中體現(xiàn)在實驗數(shù)據(jù)的處理上,通常利用相關(guān)實驗的原理公式進行巧妙變形,變成和圖象信息一致的函數(shù)形式,根據(jù)圖象的斜率、截距結(jié)合函數(shù)關(guān)系式得出所需的數(shù)據(jù).
[典例4] 根據(jù)閉合電路歐姆定律,用圖甲所示電路可以測定電池的電動勢和內(nèi)阻.圖中R0是定值電阻,通過改變R的阻值,測出R0兩端的對應(yīng)電壓U,對所得的實驗數(shù)據(jù)進行處理,就可以實現(xiàn)測量目的.根據(jù)實驗數(shù)據(jù)在-(R+r)坐標(biāo)系中描出坐標(biāo)點,如圖丙所示,已知R0=150 Ω.試完成下列問題:
(1)請根據(jù)原理圖將圖乙中的實物圖連接好.
(2)在圖丙中畫出-(R+r)關(guān)系圖線.
(3)圖線的斜率是________V-1Ω-1,由此可得電池電動勢E=________V.
解析 (1)所連實物圖如圖(a)所示.
(2)所畫的圖象如圖(b)所示.
(3)根據(jù)閉合電路歐姆定律有E=U+(r+R),即:=(R+r)+,由圖(b)可知斜率k==0.004 5,則E=1.48 V.
答案 (1)如圖(a)所示
(2)如圖(b)所示
(3)0.004 5(0.004 3~0.004 7均對) 1.48(1.46~1.50均對)
點評 數(shù)形結(jié)合法是指將圖象及函數(shù)相結(jié)合的一種方式,重點數(shù)學(xué)公式的變形,如本題中將歐姆定律變形為y=kx+b的形式對應(yīng)圖象中的各物理量.
[即學(xué)即用]
4.在測電源的電動勢和內(nèi)阻的實驗中,實驗室提供的電表量程有些偏小,于是采用了如圖甲所示的電路進行測量.其中定值電阻R1的阻值為3 Ω,R2的阻值為6 Ω,電流表和電壓表都為理想電表.
(1)在圖乙所示實物連線圖中,缺少幾條導(dǎo)線,請用筆畫線代替導(dǎo)線,在圖乙中補上缺少的幾條導(dǎo)線,使之成為一個完整的、正確的電路實物連線圖.
(2)調(diào)節(jié)滑動變阻器RP阻值的大小,記錄多組U、I數(shù)據(jù),畫出如圖丙所示的U-I圖象,根據(jù)圖象可計算出該電源的電動勢為________V,電源的內(nèi)阻為________Ω.(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)
解析:(1)如圖所示.
(2)由電路圖可知E=r+IR1+U,整理得U=E-I,故圖線在縱軸上的截距表示電源電動勢,因此E=2.40 V;本實驗中,圖線斜率k= Ω=-5.6 Ω,則5.6 Ω=r+3 Ω,解得電源內(nèi)阻r=1.73 Ω.
答案:(1)如解析圖所示 (2)2.40(2.39~2.41)
1.73(1.70~1.76)
第3講 “三法”突破計算題
物理計算題歷來是高考拉分題,試題綜合性強,涉及物理過程較多,所給物理情境較復(fù)雜,物理模型較模糊甚至很隱蔽,運用的物理規(guī)律也較多,對考生的各項能力要求很高,為了在物理計算題上得到理想的分值,應(yīng)做到細(xì)心審題、用心析題、規(guī)范答題.
方法一 細(xì)心審題,做到“看”、“讀”、“思”
1.看題
“看題”是從題目中獲取信息的最直接方法,一定要全面、細(xì)心,看題時不要急于求解,對題中關(guān)鍵的詞語要多加思考,搞清其含義,對特殊字、句、條件要用著重號加以標(biāo)注;不能漏看、錯看或看不全題目中的條件,要重點看清題中隱含的物理條件、括號內(nèi)的附加條件等.
2.讀題
“讀題”就是默讀試題,是物理信息內(nèi)化的過程,它能解決漏看、錯看等問題.不管試題難易如何,一定要懷著輕松的心情去默讀一遍,逐字逐句研究,邊讀邊思索、邊聯(lián)想,以弄清題中所涉及的現(xiàn)象和過程,排除干擾因素,充分挖掘隱含條件,準(zhǔn)確還原各種模型,找準(zhǔn)物理量之間的關(guān)系.
3.思題
“思題”就是充分挖掘大腦中所儲存的知識信息,準(zhǔn)確、全面、快速思考,清楚各物理過程的細(xì)節(jié)、內(nèi)在聯(lián)系、制約條件等,進而得出解題的全景圖.
[典例1] 如圖所示,傳送帶與兩輪切點A、B間的距離為l=23 m,半徑為R=0.4 m的光滑的半圓軌道與傳送帶相切于B點,C點為半圓軌道的最高點,BD為半圓軌道的直徑.物塊質(zhì)量為m=1 kg.已知傳送帶與物塊間的動摩擦因數(shù)μ=0.8,傳送帶與水平面間的夾角θ=37.物塊無初速度地放在傳送帶上的A點,已知sin 37=0.6,cos 37=0.8,g=10 m/s2,物塊可視為質(zhì)點.
(1)傳送帶的速度為2 m/s,求物塊從A點運動到B點的時間;
(2)傳送帶的速度為 m/s,物塊能否到達軌道上的D點?若不能,請說明理由;若能,請求出在D點軌道對物塊的壓力大?。?
看題 看題時首先要注意此題為“傳送帶+圓周運動”模型,其次要關(guān)注物塊從靜止釋放后在傳送帶上可能的運動狀態(tài)及通過最高點C點和D點時滿足的動力學(xué)條件.
讀題 讀題時要獲取的信息:傳送帶的長度、物塊與傳送帶間的摩擦因數(shù),半圓軌道與傳送帶的連接特點及傳送帶的速度、圓軌道的半徑.
思題 思題要抓住本題中,物塊運動過程中的受力特點、做功情況、能量轉(zhuǎn)化情況及能否達到D點的判斷方法.
解析 (1)物塊放在A點后將沿AB加速運動,根據(jù)牛頓第二定律
μmgcos θ-mgsin θ=ma
物塊達到與傳送帶速度相同時,根據(jù)運動學(xué)公式有
v2=2ax
解得x=5 m<23 m
此后物塊勻速運動到B點
設(shè)加速階段物塊運動的時間為t1,勻速階段物塊運動的時間為t2
則有v=at1,l-x=vt2
物塊從A到B運動的時間為t=t1+t2
聯(lián)立解得t=14 s.
(2)若物塊從A到B一直加速,則v=2al
解得vB= m/s,表明物塊加速到B點恰與傳送帶速度相同
物塊由B運動到C過程中機械能守恒
-mg(R+Rcos 37)=mv-mv
物塊沿軌道到達最高點C,根據(jù)牛頓第二定律有
NC+mg=m
解得NC=0,表明物塊恰能過半圓軌道的最高點C
從C點到D點,根據(jù)機械能守恒定律有
mgR(1-cos θ)=mv-mv
在D點,根據(jù)牛頓第二定律有mgcos θ+ND=m
解得ND=6 N.
答案 (1)14 s (2)6 N
點評 (1)只有認(rèn)真審題,透徹理解命題的意圖、試題給定的物理情境、各物理量間的對應(yīng)關(guān)系、物理過程所遵循的物理規(guī)律,才能快速正確答題.
(2)所謂審題要慢,就是要仔細(xì),要審?fù)?,關(guān)鍵的詞句理解要到位,深入挖掘試題的條件,提取解題所需要的相關(guān)信息,排除干擾因素.要做到這些,必須通讀試題,特別是括號內(nèi)的內(nèi)容,千萬不要忽視.
[即學(xué)即用]
1.如圖所示,擋板P固定在足夠高的傾角為θ=37的斜面上,小物塊A、B的質(zhì)量均為m,兩物塊由勁度系數(shù)為k的輕彈簧相連,兩物塊與斜面的動摩擦因數(shù)均為μ=0.5.一不可伸長的輕繩跨過滑輪,一端與物塊B連接,另一端連接一輕質(zhì)小鉤.初始小物塊A、B靜止,且物塊B恰不下滑.若在小鉤上掛一質(zhì)量為M的物塊C并由靜止釋放,當(dāng)物塊C運動到最低點時,小物塊A恰好離開擋板P.重力加速度為g,sin 37=0.6,cos 37=0.8.
(1)求物塊C下落的最大高度;
(2)求物塊C由靜止開始運動到最低點的過程中,彈簧彈性勢能的變化量;
(3)若把物塊C換成質(zhì)量為(M+m)的物塊D,小物塊A恰離開擋板P時小物塊B的速度為多大?
解析:(1)初始彈簧處于壓縮狀態(tài),設(shè)彈簧的壓縮量為x1,以小物塊B為研究對象,則有mgsin θ=kx1+μmgcos θ
小物塊A恰離開擋板P時,彈簧處于伸長狀態(tài),設(shè)彈簧的伸長量為x2,以小物塊A為研究對象,則有mgsin θ+μmgcos θ=kx2
設(shè)物塊C下落的最大高度為h,則有h=x1+x2
聯(lián)立解得h=.
(2)設(shè)彈簧的彈性勢能變化量為ΔEp,對于小物塊A、B、C和輕彈簧組成的系統(tǒng),根據(jù)能量轉(zhuǎn)化和守恒定律有Mgh=mghsin θ+μmghcos θ+ΔEp
解得ΔEp=(M-m)gh=.
(3)設(shè)物塊C換為物塊D后,小物塊A恰離開擋板P時小物塊B的速度為v
對于小物塊A、B、D和輕彈簧組成的系統(tǒng),根據(jù)能量轉(zhuǎn)化和守恒定律有
(M+m)gh=mghsin θ+μmghcos θ+ΔEp+(M+2m)v2
解得物塊B的速度為v=2mg.
答案:(1) (2) (3)2mg
方法二 用心析題,做到“明”、“畫”、“析”
1.明過程
“明過程”就是建立物理模型的過程,在審題獲取一定信息的基礎(chǔ)上,要對研究對象的各個運動過程進行剖析,建立起清晰的物理圖景,確定每一個過程對應(yīng)的物理模型、規(guī)律及各過程間的聯(lián)系.
2.畫草圖
“畫草圖”就是根據(jù)題中各已知量的數(shù)量關(guān)系充分想象、分析、判斷,在草稿紙上或答題紙上畫出草圖(如運動軌跡圖、受力分析圖、等效圖等)以展示題述物理情境、物理模型,使物理過程更加直觀、物理特征更加明顯,進而方便確立題給條件、物理量與物理過程的對應(yīng)關(guān)系.
3.析規(guī)律
“析規(guī)律”就是指在解答物理計算題時,在透徹分析題給物理情境的基礎(chǔ)上,靈活選用規(guī)律,如力學(xué)計算題可用力的觀點,即牛頓運動定律與運動學(xué)公式聯(lián)立求解,也可用能量觀點,即功能關(guān)系、機械能守恒定律和能量守恒定律聯(lián)立求解.
[典例2] 如圖所示,直角坐標(biāo)系xOy的第二象限內(nèi)有一垂直紙面向外的勻強磁場B1=B0和豎直向上的勻強電場E1(大小未知),第一象限內(nèi)有一垂直紙面向外的勻強磁場B2和豎直向上的勻強電場E2,且E2=,第四象限內(nèi)有水平向左的勻強電場E3,且E3=E2.現(xiàn)有一比荷為=k的帶正電小球從第二象限內(nèi)的A點(h,h)以一定初速度水平向右射出,小球沿直線運動,小球進入第一象限后恰好做勻速圓周運動,并從x軸上的C點與x軸正方向成60角進入第四象限內(nèi)運動,最終通過C點正下方的D點,已知重力加速度為g,求:
(1)小球的初速度v0及電場強度E1的大小;
(2)第一象限內(nèi)磁感應(yīng)強度B2的大??;
(3)CD的長度L;
(4)小球從A點運動到D點所經(jīng)歷的時間t.
析題 “明”:小球在第二象限內(nèi)做直線運動,在第一象限內(nèi)做勻速圓周運動,第四象限內(nèi)做類平拋運動.
“畫”:畫出在各象限內(nèi)的運動軌跡.
“析”:第二象限做勻速直線運動,F(xiàn)合=0.
第一象限勻速圓周運動,
E2q=mg qB2v=m
第四象限類平拋運動,F(xiàn)合==2mg
解析 (1)因小球在第二象限內(nèi)受豎直向下的重力、洛倫茲力和豎直向上的電場力作用沿直線運動,所以一定有B0qv0+mg=qE1
小球在第一象限內(nèi)做勻速圓周運動,所以必有
q=mg,B2qv0=m
聯(lián)立解得E1==,v0==.
(2)小球運動軌跡如圖所示,由圖知小球在第一象限內(nèi)運行半徑滿足h+Rsin 30=R,即R=2h
由(1)知B2=
聯(lián)立并代入v0得B2=.
(3)在第四象限內(nèi),因qE3=mg,其合力大小為2mg,方向恰好與CD成60角,即小球從C到D做類平拋運動,由類平拋運動規(guī)律知
Lsin 30=t
Lcos 30=v0t3
聯(lián)立得L=,t3=.
(4)小球在第二象限內(nèi)運行時間t1==
小球在第一象限內(nèi)運行時間t2===
小球從A點運動到D點所經(jīng)歷的時間t=t1+t2+t3=B0hk+.
答案 見解析
點評 (1)帶電體在三場(重力場、電場、磁場)同時存在的疊加場中做直線運動時一定是勻速直線運動,所受合外力為0.
(2)帶電體在三場(重力場、電場、磁場)同時存在的疊加場中做勻速圓周運動,則電場力與重力平衡,洛倫茲力提供向心力.
(3)帶電體在重力場和電場的疊加場中運動時,可能做勻速直線運動、勻變速直線運動或類平拋運動.
[即學(xué)即用]
2.如圖所示的xOy坐標(biāo)系在豎直平面內(nèi),x軸沿水平方向.在第三、四象限內(nèi)有沿y軸負(fù)方向的勻強電場,電場強度大小為E;在第四象限有垂直于坐標(biāo)系平面向外的勻強磁場,磁感應(yīng)強度大小B=E.光滑絕緣桿與x軸成θ=30角,分別交x、y軸于M、N兩點,且N點為桿的一個端點.穿在桿上的帶電小球a從桿上某點P由靜止開始下滑,在M、N間做勻速運動,從N點進入第四象限后恰好能從x軸上的Q點垂直通過x軸,已知OQ=l,不計空氣阻力,重力加速度為g.
(1)求帶電小球a的比荷;
(2)求P、M間的距離L;
(3)在帶電小球a從N點通過y軸的同時,從y軸上坐標(biāo)為(0,0.2 m)的J點沿水平方向以初速度v0拋出一小球b,當(dāng)小球b到達x軸時恰好與向上運動的小球a相碰.取π=3,l=0.01 m,g=10 m/s2,求小球b初速度v0的大?。?
解析:(1)帶電小球在M、N間做勻速運動,則小球所受電場力與小球重力平衡,mg=qE
解得=.
(2)由于小球所受電場力與小球重力平衡,小球離開N點在第四象限做勻速圓周運動,有Bqv=m
小球垂直穿過x軸,由幾何關(guān)系可得
R+Rsin θ=l
聯(lián)立解得R=l,v=
從P到M,由機械能守恒定律得mgLsin θ=mv2
解得L=l.
(3)小球b從拋出至到達x軸的時間為tb==
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