高考物理总复习 考前三个月 七大提分策略 策略三 物理问题模型化课件.ppt

策略三物理问题模型化 第二篇七大提分策略 在研究实际问题时 如果不加分析地把所有因素全部考虑进去 将会增加研究问题的难度 甚至无法研究 因此 为了描述物体的运动规律 我们必须抓住主要因素 舍弃次要因素 把握必然联系 排除偶然联系 透过表面现象 揭示内在本质 把复杂的物理问题简单化 具体的物理问题理想化 建立起能体现客观事物本质特征的抽象的物理模型 从解题的角度看 分析问题解决问题的过程实际上就是一个建立物理模型的过程 这里面难点是从题目所描述的情景中通过抽象 理想化 简化或类比等方法形成物理模型 与熟悉的物理模型比较找到解题的方法 1 利用结构相似类比来建模两个相似的事物往往会有相似的结构 抓住两个不同事物的结构进行类比 往往可以直接得出结论 这种类比称为结构相似类比 例1如图1所示 平板小车上固定一只杯子 杯内存有一定量的水 求小车以加速度a向前匀加速运动时 杯内液面稳定后与水平方向所成的夹角 答案 解析 图1 解析解答此题的关键在于将这个对象和问题转化为熟知的对象和问题 我们常计算这样一道题 有几个质量都为m的物体排列在一起放在倾角为 的光滑劈的斜面上 如图所示 求劈以多大水平加速度向前运动可以使物体相对斜面保持静止不滑下 分析这时物体的受力 不难看出 要使每个物体相对斜面静止不动 它们的受力情况都相同 根据mgtan ma得 a gtan 若把杯内液面看成是一个个质量为m的液滴 质点 紧紧排列而成 则液面上液滴的排列就与上述斜劈上排列成长串的一个个物体无论外形和结构都相似 揭示二者具有的共同点 即液面任何一个液滴的受力情况与斜面上物体的受力情况都相同 从而此题的结果为 2 利用过程相似类比来建模如果两个事件的动态过程相似 那么 研究一事件的动态过程可以认识另一事件的动态变化 这种类比称为过程相似类比 例2如图2所示 abc和a b c 为平行放置的光滑导轨 导轨的水平部分足够长并有竖直向上的匀强磁场b穿过 当质量为m的金属杆jk从高处自由滑落时 如果jk始终不会与放在水平导轨上的质量为m的pq相碰 求jk和pq最后的运动速度v 答案 解析 图2 解析这是一个较为复杂的变化过程 我们避开事物局部非相似表象 从整体上作模糊相似处理 那么 当jk进入水平导轨部分后与pq作用的动态过程 跟子弹击中放在光滑水平面上的木块相互作用过程很相似 即把jk当成子弹 pq看成木块 安培力看成子弹与木块的相互挤压力 这样就可以用子弹击中木块后二者的动态变化图景来认识jk和pq的相互作用过程 从而确定本题的解题方法 jk刚进入磁场时的速度为v0 则 根据动量守恒定律有 例3 和平号 空间站已于2001年3月23日成功地坠落在南太平洋海域 坠落过程可简化为从一个近圆轨道 可近似看做圆轨道 开始 由于与大气摩擦 空间站的绝大部分经过升温 熔化 最后汽化而销毁 剩下的残片坠入大海 此过程中 空间站原来的机械能中 除一部分能量用于销毁和一部分被残片带走外 还有一部分能量e 通过其他方式散失 不考虑坠落过程中化学反应的能量 1 试导出以下列各物理量的符号表示散失能量e 的公式 答案 解析 答案见解析 3 把一个实际问题按照题目中的提示归为某种物理模型问题进行处理有些应用题联系科技实际 或是联系生活 文字描述较多 因此从中分析出物理情境是关键 解析空间站从近圆轨道到地面的空间中重力加速度看做一个恒量g 所以以地面为重力势能的零点 空间站的坠落开始时在圆轨道上的势能为ep mgh 用v表示空间站在近圆轨道上的速度 它需要的向心力由万有引力提供 有m mg 其中r为轨道半径 re表示地球半径 则r re h ek mv02 mg re h 所以 空间站的机械能为e ep ek mg re 3h 在坠落过程中 用于销毁部分所需的能量q汽 m m 用于残片升温所需能量q残 cm t 残片的动能e残 mv2 那么e e q汽 q残 e残 由此可得散失能量 2 算出e 的数值 结果保留两位有效数字 轨道离地面的高度为h 146km 坠落开始时空间站的质量m 1 17 105kg 地球半径re 6 4 106m 坠落空间范围内重力加速度可看做g 10m s2 每销毁1kg空间站物质需能量为 3 24 107j 入海残片的质量m 1 2 104kg 入海残片的温度升高 t 3000k 入海残片的入海速度为声速v 340m s 空间站材料每1kg升温1k平均所需能量c 1 0 103j 答案 解析 答案见解析 解析将题设中的数据代入散失能量e 的表达式后得e 5 6 1011j 这是一道信息题 在给出大量的信息中 通过高中的物理知识将这些信息联系起来 寻找它们之间的关系的表达式 就是一种 建模 能力 这种信息题型 它不是已有的物理试题 这种试题要求有一种从信息中抽象出信息内在联系网络的能力 附 高中物理常见模型模型一连接体是指运动中几个物体或叠放在一起 或并排挤放在一起 或用细绳 细杆联系在一起的物体组 解决这类问题的基本方法是整体法和隔离法 整体法 指连接体内的物体间无相对运动时 可以把物体组作为整体 对整体用牛顿第二定律列方程 隔离法 指在需要求连接体内各部分间的相互作用 如求相互间的压力或相互间的摩擦力等 时 把某物体从连接体中隔离出来进行分析的方法 连接体的圆周运动 两球有相同的角速度 两球构成的系统机械能守恒 单个球机械能不守恒 模型二子弹打木块子弹击穿木块时 两者速度不相等 子弹未击穿木块时 两者速度相等 临界情况是 当子弹从木块一端到达另一端 相对木块运动的位移等于木块长度时 两者速度相等 实际上子弹打木块就是一动一静的完全非弹性碰撞 设质量为m的子弹以初速度v0射向静止在光滑水平面上的质量为m的木块 子弹钻入木块深度为d mv0 m m v从能量的角度看 该过程系统损失的动能全部转化为系统的内能 图3 设平均阻力大小为f 设子弹 木块的位移大小分别为s1 s2 如图3所示 模型三滑块在动量问题中我们常常遇到这样一类问题 如滑块与滑块相互作用 滑块与长木板相互作用 滑块与挡板相互作用 子弹射入滑块等 或在此基础上加上弹簧或斜面等 这些问题中都涉及到滑块 故称之为 滑块模型 此模型和子弹打木块基本相似 如图4 图4 1 运动情景 对m 匀减速直线运动 对m 匀加速直线运动 对整体 m相对m运动 最终相对静止2 动量关系 对m mgt mv mv0 对m mgt mv 对整体 mv0 m m v 4 临界条件速度相等时 相对位移的大小等于长木板长度 m恰好不滑下 模型四传送带传送带以速度v顺时针匀速运动 物块从传送带左端无初速释放 从两个视角剖析 力与运动情况的分析 能量转化情况的分析 水平传送带 如图5 图5 功能关系 传送带做的功 wf f s带功率p f v带 f由传送带受力平衡求得 产生的内能 q ff s相对 如物体无初速放在水平传送带 足够长 上 则物体获得的动能ek 摩擦生热q有如下关系 ek q mv传2 传送带形式 如图6为一部分常见的传送带模型 水平 倾斜和组合三种 倾斜传送带模型要分析mgsin 与ff的大小与方向 按转向分顺时针 逆时针转两种 按运动状态分匀速 变速两种 图6 模型五碰撞碰撞特点 动量守恒 碰后的动能不可能比碰前大 对追及碰撞 碰后后面物体的速度不可能大于前面物体的速度 弹性碰撞 弹性碰撞应同时满足 一动一静且二球质量相等时的弹性正碰 速度交换 大碰小一起向前 小碰大 向后返 一动一静 弹性碰撞规律 完全非弹性碰撞应满足 一动一静的完全非弹性碰撞特点 碰后有共同速度 或两者的距离最大 最小 或系统的势能最大等等多种说法 m1v1 0 m1 m2 v 模型六人船模型 如图7 一个原来处于静止状态的系统 在系统内发生相对运动的过程中 设人的质量m 速度大小v 位移大小x 船的质量m 速度大小v 位移大小x 在水平方向遵从 图7 动量守恒方程 mv mv mx mx 位移关系方程 人船相对位移d 模型七磁流体发电机模型磁流体发电 是将带电的流体 离子气体或液体 以极高的速度喷射到磁场中去 利用磁场对带电的流体产生的作用 从而发出电来 如图8所示 在外磁场中的载流导体除受安培力之外 还会在与电流 外磁场垂直的方向上出现电荷分离 而产生电势差或电场 称其为霍尔效应 从微观角度来说 当一束速度是v的粒子进入磁场强度为b的磁场一段时间后 粒子所受的电场力和洛伦兹力大小相等 图8 eq bvq则e bv这时 粒子进入磁场后不再发生偏转 它所产生的电动势 ed bvd 这样就形成了磁流体发电机的原型 我们可以将运动的粒子看成一根根切割磁感线的导电