高考专题教案专题十二-物理过程分析技巧-人教.pdf

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1、 1 2005 高考专题教案专题十二 物理过程分析技巧 命题趋势 历届高考总是把对能力的考查放在首位，考生能否准确地分清物理过程是解决物理问题的关键，反映出学生分析、解决物理问题能力的上下。因此，历届高考试卷都设置有一系列物理过程分析的试题。对物理过程的分析，就是将一个复杂的物理过程经过人脑的思维整理，分解成几个简单的有规律的子过程，并找出几个子过程之间的相互联系和制约条件。通过这种分析，应使学生能在头脑里形成一个生动而清晰的物理情景，找到解决问题的简捷方法。对物理过程的分析，其本身也是培养学生思维能力、分析问题能力的有效途径。教学目标：1通过专题复习，掌握物理过程分析的技巧和方法，提高解答过

2、程分析类试题的能力。2通过对物理过程分析的训练，培养学生思维的严密性、深刻性、灵活性，提高学生的逻辑推理能力。教学重点：通过专题复习，掌握物理过程分析的技巧和方法，提高解答过程分析类试题的能力。教学难点：通过对物理过程分析的训练，培养学生思维的严密性、深刻性、灵活性，提高学生的逻辑推理能力。教学方法：讲练结合，计算机辅助教学 教学过程：一、考题回忆 1 2000 年全国在原子核物理中，研究核子与核关联的最有效途径是“双电荷交换反响。这类反响的前半局部过程和下述力学模型类似。两个小球 A 和 B 用轻质弹簧相连，在光滑的水平直轨道上处于静止状态。在它们左边有一垂直于轨道的固定挡板 P，右边有一小

3、球 C 沿轨道以速度0v射向 B 球，如下图。C 与 B 发生碰撞并立即结成一个整体 D。在它们 2 继续向左运动的过程中，当弹簧长度变到最短时，长度突然被锁定，不再改变。然后，A 球与挡板 P 发生碰撞，碰后 A、D 都静止不动，A 与 P 接触而不粘连。过一段时间，突然解除锁定锁定及解除锁定均无机械能损失。A、B、C 三球的质量均为 m。1求弹簧长度刚被锁定后 A 球的速度。2求在 A 球离开挡板 P 之后的运动过程中，弹簧的最大弹性势能。解析：1设 C 球与 B 球粘结成 D 时，D 的速度为1v，由动量守恒，有 10)(vmmmv 当弹簧压至最短时，D 与 A 的速度相等，设此速度为2

4、v，由动量守恒，有 2132mvmv 由、两式得 A 的速度 0231vv 2设弹簧长度被锁定后，贮存在弹簧中的势能为PE，由能量守恒，有 PEmvmv2221321221 撞击 P 后，A 与 D 的动能都为零，解除锁定后，当弹簧刚恢复到自然长度时，势能全部转变成 D 的动能，设 D 的速度为3v，那么有 23)2(21vmEP 当弹簧伸长时，A 球离开挡板 P，并获得速度。当 A、D 的速度相等时，弹簧伸至最长。设此时的速度为4v，由动量守恒，有 4332mvmv 3 当弹簧伸到最长时，其势能最大，设此势能为PE，由能量守恒，有 PEmvmv2423321221 解以上各式得 20361m

5、vEP 点评：这是一道通过给定的物理情景考查学生理解、推理和分析综合以及获取知识能力的试题。题目给出了“双电荷交换反响这样一种新情景，还给出了“锁定及“解除锁定等新颖提法，让学生有一种全新的感受。认真分析题意，就能知道题目所给出的不过是一个过程较为复杂的力学模型，只要善于把它分解为简单的运动过程，运用相关知识就可求解。2 2004 年全国理综卷 25 题 20 分一小圆盘静止在桌布上，位于一方桌的水平面的中央。桌布的一边与桌的 AB 边重合，如下图。盘与桌布间的动摩擦因数为1，盘与桌面间的动摩擦因数为2。现突然以恒定加速度 a 将桌布抽离桌面，加速度的方向是水平的且垂直于AB 边。假设圆盘最后

6、未从桌面掉下，那么加速度 a 满足的条件是什么？以 g 表示重力加速度 解：设圆盘的质量为m，桌长为l，在桌布从圆盘下抽出的过程中，盘的加速度为a1，有 11mamg 桌布抽出后，盘在桌面上作匀减速运动，以 a2表示加速度的大小，有 22mamg 设盘刚离开桌布时的速度为 v1，移动的距离为 x1，离开桌布后在桌面上在运动距离 x2后便停下，有 11212xav 22212xav 盘没有从桌面上掉下的条件是 4 1221xlx 设桌布从盘下抽出的时间为 t，在这段时间内桌布移动的距离为 x，有 221atx 21121tax 而 121xlx 由以上各式解得 ga12212 3一传送带装置示意

7、图如下图，其中传送带经过 AB 区域时是水平的，经过 BC 区域时变为圆弧形圆弧由光滑模板形成，为画出，经过 CD 区域时是倾斜的，AB 和 CD 都与 BC相切。现将大量的质量均为 m 的小货箱一个一个在 A 处放到传送带上，放置时初速为零，经传送带运送到 D 处，D 和 A 的高度差为 h。稳定工作时传送带速度不变，CD 段上各箱等距排列，相邻两箱的距离为 L。每个箱子在 A 处投放后，在到达 B 之前已经相对于传送带静止，且以后也不再滑动忽略经 BC 段时的微小滑动。在一段相当长的时间 T 内，共运送小货箱的数目为 N。这装置由电动机带动，传送带与轮子间无相对滑动，不计轮轴处的摩擦。求电

8、动机的平均输出功率 P。【评析】此题难度 0.044，区分度 0.424，是全卷的最后一题，属于难题，用于区分较高水平的考生。此题源于用传送带传送货物的实际问题，重点考查分析综合能力和理解能力，题目设计的情景比拟复杂，许多条件比拟隐蔽如传送带的速度 v0等，要求考生对于物理概念和规律的认识要比拟深入，如小货箱从A处由静止开始到达和传送带相同的速度过程中，传送带做功使货箱的动能增加，同时还有摩擦生热等。5 答案：以地面为参考系下同，设传送带的运动速度为 v0，在水平段运输的过程中，小货箱先在滑动摩擦力作用下做匀加速运动，设这段路程为 s，所用时间为 t，加速度为 a，那么对小箱有 221ats

9、atv 0 在这段时间内，传送带运动的路程为 tvs00 由以上可得 ss20 用 f 表示小箱与传送带之间的滑动摩擦力，那么传送带对小箱做功为 2021mvfxA 传送带克服小箱对它的摩擦力做功 2000212mvfxA 两者之差就是克服摩擦力做功发出的热量 2021mvQ 可见，在小箱加速运动过程中，小箱获得的动能与发热量相等。T 时间内，电动机输出的功为 TPW 此功用于增加小箱的动能、势能以及克服摩擦力发热，即 NQNmghNmvW2021 相邻两小箱的距离为 L，所以 NLTv0 联立，得 222ghTLNTNmP 二、典题例析 一重视对根本物理过程的分析 6 在高中物理中，力学局部

10、涉及到的过程有匀速直线运动、匀变速直线运动、平抛运动、圆周运动、机械振动等。除了这些运动过程外还有两类重要的过程，一个是碰撞过程，另一个是先变加速最终匀速过程如恒定功率汽车的启动问题。电学中的变化过程主要有电容器的充电与放电等。以上的这些根本过程都是非常重要的，在平时的学习中都必须进行认真分析，掌握每个过程的特点和每个过程遵循的根本规律。【例题 1】2003 年江苏当物体从高空下落时，空气阻力随速度的增大而增大，因此经过一段距离后将匀速下落，这个速度称为此物体下落的稳态速度。球形物体速度不大时所受的空气阻力正比于速度 v，且正比于球半径 r，即阻力 f=krv，k 是比例系数。对于常温下的空气

11、，比例系数 k=3.410-4Ns/m2。水的密度3100.1kg/m3，重力加速度为10gm/s2。求半径r=0.10mm的球形雨滴在无风情况下的稳态速度。结果保存两位有效数字 解题方法与技巧：雨滴下落时受两个力作用：重力，方向向下；空气阻力，方向向上。当雨滴到达稳态速度后，加速度为 0，二力平衡，用 m 表示雨滴质量，有 mg-krv=0，3/43rm，求得kgrv3/42，v=1.2m/s。点评：此题就是对典型运动过程先变加速最终匀速的考查，在高考试题中屡次出现。二分析物理过程的要点 1阶段性将题目涉及的整个过程适当的划分为假设干阶段；2联系性找出各个阶段之间是由什么物理量联系起来的；3

12、规律性明确每个阶段遵循什么物理规律。【例题 2】如图1所示，有两块大小不同的圆形薄板厚度不计，质量分别为 M 和m，半径分别为 R 和 r，两板之间用一根长为 0.4m 的轻绳相连结。开始时，两板水平放置并叠合在一起，静止于高度为 0.2m 处。然后自由下落到一固定支架 C 上，支架上有一半径为 RrR 3 时，两板获得向上的共同速度；当 k s2+60 从、得出 s1-s2=40m60m 所以会发生车祸。点评：此题的干扰因素就是 40s。如果不认真分析物理过程，排出迷惑条件的干扰，不懂得不发生车祸的条件是 v4m/s，而不是 vt=0，必会出错。4注意合理划分物理过程 该分那么分，宜合那么合

13、，并将物理过程的分析与研究对象及规律的选用，加以统筹考虑，以求最正确思路。【例题 6】如下图，一个质量为 m，电量为-q 的小物体，可在水平轨道 x 上运动，O 端有一与轨道垂直的固定墙，轨道处在场强大小为 E，方向沿 Ox 轴正向的匀强磁场中，小物体以初速度 v0从点 x0沿 Ox 轨道运动，运动中受到大小不变的摩擦力 f 作用，且 ff，所以物体向左做初速度为零的匀加速直线运动，直到以一定速度与墙壁碰撞，碰后物体的速度与碰前速度大小相等，方向相反，然后物体将屡次的往复运动。但由于摩擦力总是做负功，物体机械能不断损失，所以物体通过同一位置时的速度将不断减小，直到最后停止运动。物体停止时，所受

14、合外力必定为零，因此物体只能停在 O 点。对于这样幅度不断减小的往复运动，研究其全过程。电场力的功只跟始末位置有关，而跟路径无关，所以整个过程中电场力做功 0qExWE 根据动能定理得：200210mvfsqEx fmvqExs22200。点评：该题也可用能量守恒列式：电势能减少了0qEx，动能减少了2021mv，内能增加了fs，20021mvqExfs 同样解得fmvqExs22200。5“临界分析，弄清本质 一些物理过程问题，因一个或几个物理量变化到某一特定值临界值，那么会是物理过程发生质的突变，因此，分析临界值，弄清物理过程发生突变的条件，对不同本质的物理过程选用相应的规律，防止把形同质

15、异的物理过程混为一谈。【例题 7】2004 年春季高考卷如下图，abc 是光滑的轨道，其中 ab 是水平的，bc 为与 ab 相切的位于竖直平面内的半圆，半径 R=0.30m。质量 m=0.20kg 的小球 A 静止在轨道上，另一质量 M=0.60kg、速度 v0=5.5m/s 的小球 B 与小球 A 正碰。相碰后小球 A 经过半圆的最高点 c 落到轨道上距 b 点为Rl24处，重力加速度 g=10m/s2，求：12 1碰撞结束后，小球 A 和 B 的速度的大小。2试论证小球 B 是否能沿着半圆轨道到达 c 点。解题方法与技巧：1以 v1表示小球 A 碰后的速度，v2表示小球 B 碰后的速度，

16、1v表示小球 A 在半圆最高点的速度，t 表示小球 A 从离开半圆最高点到落在轨道上经过的时间，那么有 Rtv241 Rgt2212 21212121)2(mvvmRmg 210MvmvMv 由求得 Rgv321 RgMmvv3202 代入数值得 smv/61 smv/5.32 2假定 B 球刚能沿着半圆轨道上升到 c 点，那么在 c 点时，轨道对它的作用力等于零。以 vc表示它在 c 点的速度，vb表示它在 b 点相应的速度，由牛顿定律和机械能守恒定律，有 RvMMgc2 2221)2(21bcMvRMgMv 13 解得 Rgvb5 代入数值得 smvb/9.3 由bvvsmv22,/5.3

17、可知，所以小球 B 不能到达半圆轨道的最高点。6注意画示意图展示物理图景 在物理分析过程中，做出通过抽象思维加工和概括出来的示意图，可以帮助我们建立起关于事物及其变化的生动的物理情景，便于我们从整体上把握问题，可使物理情景直观化，物理量之间的关系更明显，到达成功解题的目的。【例题 8】在光滑的水平面上有一静止的物体，现以水平恒力甲推这一物体，作用一段时间后，换成相反方向的水平恒力乙推这一物体。当恒力乙作用时间与恒力甲作用时间相同时，物体恰好回到原处，此时物体的动能为 32J。那么在整个过程中，恒力甲做功等于多少 J？恒力乙做功等于多少 J？解析：这是一道较好的力学综合题，涉及运动、力、功能关系

18、的问题。粗看物理情景并不复杂，但题意直接给的条件不多，只能深挖题中隐含的条件。以下图表达出了整个物理过程。解题方法与技巧：物体在相同的时间内都作匀变速运动，那么有 s=v1t/2 -s=v1-v2 t/2 由上面两式得 v2=2 v1。根据动能定理，W1=F1s=mv12/2,W2=F2s=mv22/2mv12/2 解得 W1=8J W2=24J 点评：养成正确画示意图的习惯。解物理题，能画图的尽量画，画图能帮助我们理解题 14 意，分析过程，探索过程中各物理量的变化。从受力图、电路图到光路图，几乎无一物理问题不用图来加强认识联系的，而画图又迫使你审查问题的各个细节以及细节之间的关系。三、能力

19、训练 1如下图，质量为 M 的小车 A 右端固定一根轻弹簧，车静止在光滑水平面上，一质量为 m 的小物块 B 从左端以速度 v0冲上小车并压缩弹簧，然后又被弹回，回到车左端时刚好与车保持相对静止 求整个过程中弹簧的最大弹性势能 EP和 B 相对于车向右运动过程中系统摩擦生热 Q 各是多少？2如下图，水平的平行虚线间距为 d=50cm，其间有B=1.0T 的匀强磁场。一个正方形线圈边长为 l=10cm，线圈质量 m=100g，电阻为 R=0.020。开始时，线圈的下边缘到磁场上边缘的距离为 h=80cm。将线圈由静止释放，其下边缘刚进入磁场和刚穿出磁场时的速度相等。取 g=10m/s2，求：线圈

20、进入磁场过程中产生的电热 Q。线圈下边缘穿越磁场过程中的最小速度 v。线圈下边缘穿越磁场过程中加速度的最小值 a。3如下图，在直角坐标系的第一、二象限内有垂直于纸面的匀强磁场，第三象限有沿 Y轴负方向的匀强电场，第四象限内无电场和磁场。质量为 m、带电量为 q 的粒子从 M 点以速度 v0沿 x 轴负方向进入电场，不计粒子的重力，粒子经 N、P 最后又回到 M 点。设 OM=L，ON=2L，那么：1关于电场强度 E 的大小，以下结论正确的选项是 AqLmv204 BqLmv20 CqLmv2420 DqLmv202 2匀强磁场的方向是 。3磁感应强度 B 的大小是多少？参考答案：15 1vMm

21、mv)(0，220)(21212vMmmvQ，EP=Q=)(420MmmMv 2解：由于线圈完全处于磁场中时不产生电热，所以线圈进入磁场过程中产生的电热 Q 就是线圈从图中 2 位置到 4 位置产生的电热，而 2、4 位置动能相同，由能量守恒Q=mgd=0.50J 3 位置时线圈速度一定最小，而 3 到 4 线圈是自由落体运动因此有 v02-v2=2gd-l，得 v=22m/s 2 到 3 是减速过程，因此安培力RvlBF22减小，由 F-mg=ma 知加速度减小，到 3位置时加速度最小，a=4.1m/s2 31 由带电粒子在电场中做类平抛运动，易知221tmqEL，且tvL02那么 E=qLmv202 应选 C 2由左手定那么，匀强磁场的方向为垂直纸面向里。3根据粒子在电场中运动的情况可知，粒子带负电。粒子在电场中做类平抛运动，设到达 N 点的速度为 v，运动方向与 x 轴负方向的夹角为，如图 14 所示。由动能定理得2022121mvmvqEL 将1式中的 E 代入可得02vv 所以=45 粒子在磁场中做匀速圆周运动，经过 P 点时速度方向也与 x 轴负方向成 45角。那么 OP=OM=L NP=NO+OP=3L 粒子在磁场中的轨道半径为 R=Npcos45=23 16 又qBmvR 解得 qLmvB320