高中物理概念模型的建立PPT课件.ppt

一 增加内容 1 注重考查考生综合运用所学知识分析问题的能力 2 机械能包括动能 重力势能和弹性势能 3 电池组的计算只限于相同电池串联 二 删除内容 1 匀变速直线运动图像只限于v t图像 2 处理物体在斜面上的问题 只限于已知相对运动趋势或已知运动方向的情况 3 不要求解反电动势的问题 4 简谐运动的公式只限于回复力公式 图像只限于位移 时间图像 5 光的干涉限于双缝干涉和薄膜干涉 2015年四川高考考试说明 物理 变化 2020 4 8 1 一 什么是模型 物理模型应该具有一种通识性的特质 它应该是因为某些共同属性而联系起来的共同体 简单的说 就是指一个模型的建立是以某一物理概念为支撑的 二 应用举例 概念与模型 力 加速度 速度 2020 4 8 2 比如 常见的运动图象如下 概念与模型 启发 用图象面积来处理某些物理问题时 面积 不是简单地图线与横轴围成的面积这么简单 变速运动可以看作是无数个匀速运动构成的 即 x x1 x2 x3 v1 t v2 t v3 t 2020 4 8 3 再比如 带着这样的思路 请大家下图中阴影部分表示什么物理意义 概念与模型 2013年上海第33题第 3 问选讲 v0 2m sI 2A 方案1 方案2 1 6J 0 8J 2020 4 8 4 高中物理模型选讲 2020 4 8 5 一 什么是理想模型 它是在物理的发展过程中 针对某一问题的主要因素而合理外推的结果 处理此类问题的难点在于理想模型与实际问题之间的某种联系 二 常见的理想模型 质点 轻杆 轻绳 轻弹簧 点电荷等 三 模型处理 1 轻杆 轻绳 轻弹簧 1 结构特点 m 0 2 力学特点 F合 ma 0 a 0 结论 1 同一轻杆 轻绳或轻弹簧 中 形变力大小处处相同 2 同一轻杆 轻绳或轻弹簧 对两端物体的作用力大小相同 方向相反 模型1 理想模型 2020 4 8 6 三 模型处理 1 轻杆 轻绳 轻弹簧 1 结构特点 m 0 2 力学特点 F合 ma 0 a 0 结论 1 同一轻杆 轻绳或轻弹簧 中 形变力大小处处相同 2 同一轻杆 轻绳或轻弹簧 对两端物体的作用力大小相同 方向相反 例题1 请分析下列两幅图中绳子在受力上有什么不同 应用1 在验证牛顿第二定律的实验中 为什么会附加一个条件 即 小车的质量远大于钩码的质量 模型1 理想模型 2020 4 8 7 三 模型处理 1 轻杆 轻绳 轻弹簧 1 结构特点 m 0 2 力学特点 F合 ma 0 a 0 结论 1 同一轻杆 轻绳或轻弹簧 中 形变力大小处处相同 2 同一轻杆 轻绳或轻弹簧 对两端物体的作用力大小相同 方向相反 例题1 请分析下列两幅图中绳子在受力上有什么不同 应用2 如果用如下图所示的装置验证牛顿第二定律 需要 小车的质量远大于钩码的质量 这个条件吗 问题 传感器的感应端应该放在左侧还是右侧 模型1 理想模型 2020 4 8 8 三 模型处理 1 轻杆 轻绳 轻弹簧 1 结构特点 m 0 2 力学特点 F合 ma 0 a 0 结论 1 同一轻杆 轻绳或轻弹簧 中 形变力大小处处相同 2 同一轻杆 轻绳或轻弹簧 对两端物体的作用力大小相同 方向相反 例题1 请分析下列两幅图中绳子在受力上有什么不同 应用3 如果用下列两幅图进行验证 谁的误差更小 模型1 理想模型 2020 4 8 9 三 模型处理 1 轻杆 轻绳 轻弹簧 1 结构特点 m 0 2 力学特点 F合 ma 0 a 0 例题2 2004全国卷 第18题 如图所示 四个完全相同的弹簧都处于水平位置 它们的右端受到大小皆为F的拉力作用 而左端的情况各不相同 中弹簧的左端固定在墙上 中弹簧的左端受大小也为F的拉力作用 中弹簧的左端拴一小物块 物块在光滑的桌面上滑动 中弹簧的左端拴一小物块 物块在有摩擦的桌面上滑动 若认为弹簧的质量都为零 以l1 l2 l3 l4依次表示四个弹簧的伸长量 则有A l2 l1B l4 l3C l1 l3D l2 l4 模型1 理想模型 两个问题 1 2 被偷去的力都干什么去了 2020 4 8 10 三 模型处理 1 轻杆 轻绳 轻弹簧 1 结构特点 m 0 2 力学特点 F合 ma 0 a 0 例题3 2012江苏 第14题 某缓冲装置的理想模型如图所示 劲度系数足够大的轻质弹簧与轻杆相连 轻杆可在固定的槽内移动 与槽间的滑动摩擦力恒为f 轻杆向右移动不超过l时 装置可安全工作 一质量为m的小车若以速度v0撞击弹簧 将导致轻杆向右移动l 4 轻杆与槽间的最大静擦力等于滑动摩擦力 且不计小车与地面的摩擦 1 若弹簧的劲度系数为k 求轻杆开始移动时 弹簧的压缩量x 2 求为使装置安全工作 允许该小车撞击的最大速度vm 3 讨论在装置安全工作时 该小车弹回速度v 和撞击速度v的关系 模型1 理想模型 2020 4 8 11 三 模型处理 2 点电荷 我的理解是它并不是一个几何模型 而是一个力学模型 例题4 如图所示 两个质量均为m的完全相同的金属球壳a与b 其壳层的厚度和质量分布均匀 将它们固定于绝缘支架上 两球心间的距离为l 为球壳外半径r的3倍 若使它们带上等量异种电荷 使其所带电荷量的绝对值均为Q 那么a b两球之间的万有引力F1与库仑力F2为 模型1 理想模型 电荷相互作用 电荷重新分布 电荷间距改变 电荷作用改变 若将金属小球改为绝缘小球呢 2020 4 8 12 三 模型处理 2 点电荷 我的理解是它并不是一个几何模型 而是一个力学模型 例题5 如何理解电场强度的大小只与场源电荷和位置有关 以下是一个同学的困惑 他认为根据库仑定律 可以证明电场强度与检验电荷无关 只与该点位置有关 但他却不能证明其他带电体的电场强度与检验电荷无关 然后他问 这是一种理想模型吗 模型1 理想模型 2020 4 8 13 一 什么是理想模型 二 常见的理想模型 三 模型处理 四 理想模型小结 1 理想模型虽然把研究对象理想化 但是它突出了研究对象某方面的特征或主要特征 使我们能集中全力掌握研究对象在某些方面表现出的本质特征或运动规律 事实证明 这是一种研究物理问题的有效方法 模型1 理想模型 2020 4 8 14 一 什么是理想模型 二 常见的理想模型 三 模型处理 四 理想模型小结 2 理想模型分类 1 对象模型用来代替研究对象实体的理想化模型 如质点 弹簧振子 单摆 点电荷 理想变压器等都属于对象模型 2 条件模型把研究对象所处的外部条件理想化建立的模型叫做条件模型 如光滑表面 轻杆 轻绳 均匀介质 匀强电场和匀强磁场都属于条件模型 3 过程模型实际的物理过程都是诸多因素作用的结果 忽略次要因素的作用 只考虑主要因素引起的变化过程叫做过程模型 如伽利略在研究力与运动的关系便运用到了这种思想 模型1 理想模型 2020 4 8 15 模型2 关联模型 一 一点说明 关于关联模型的阐述 这里讲的关联模型指的是物体的运动状态与什么物理量的关联的问题 二 模型讲解 1 力是产生加速度的原因 2013安微 2020 4 8 16 模型2 关联模型 一 一点说明 关于关联模型的阐述 这里讲的关联模型指的是物体的运动状态与什么物理量的关联的问题 二 模型讲解 2 加速度是如何影响速度的 如何求出小孩离斜面的最远距离 两者的联系 轨迹都是抛物线 速度的改变量如何求解 2020 4 8 17 模型2 关联模型 一 一点说明 关于关联模型的阐述 这里讲的关联模型指的是物体的运动状态与什么物理量的关联的问题 二 模型讲解 3 向心力与线速度 椭圆轨道与圆轨道上的A点 加速度 向心加速度是否相同 椭圆轨道上除远地点和近地点以外 向心加速度和加速度是否相同 2020 4 8 18 模型2 关联模型 一 一点说明 关于关联模型的阐述 这里讲的关联模型指的是物体的运动状态与什么物理量的关联的问题 二 模型讲解 3 向心力与线速度 2020 4 8 19 第1类 求解拉船模型的分速度 一 易错点分析 根据作用力分解导致的错误 把OA段绳子的拉力分解成水平分力与竖直分力 因此把OA段绳子收缩方向的速度分解成水平和竖直两个分速度 错误原因 认为力沿什么方向 速度便沿什么方向 错因剖析 1 力是改变速度的原因 而不是产生速度的原因 2 在处理该类问题时 忘记了求解速度的基本定义 二 处理方法 1 从速度的基本定义入手 v x t 2 从功率相等的原则入手 绳B端克服拉力做功的功率等于绳A端拉力对物体做功的功率 3 等效分解法 模型3 转换模型 2020 4 8 20 解法1 利用速度的基本定义如图所示 经过很短一段时间 t后 小船运动至C点 令AC x 过C点作OA的垂线 垂足为D 由于运动时间很短 x很小 OD OC 因此绳子收缩的长度为AD OA OC AD ACcos x cos 则 C D 即 模型3 转换模型 第1类 求解拉船模型的分速度 2020 4 8 21 解法2 利用功率相等的原则令绳子的拉力为T 则有 T v T v船 cos 解法3 利用速度的等效原则 模型3 转换模型 第1类 求解拉船模型的分速度 2020 4 8 22 第2类 转换参考系 2008宁夏 17 甲乙两年在公路上沿同一方向做直线运动 它们的v t图象如图所示 两图象在t t1时相交于P点 P在横轴上的投影为Q OPQ的面积为S 在t 0时刻 乙车在甲车前面 相距为d 已知此后两车相遇两次 且第一次相遇的时刻为t 则下面四组t 和d的组合可能是 O P Q v t v0 乙 甲 模型3 转换模型 2020 4 8 23 2009海南 8 甲乙两车在一平直道路上同向运动 其v t图像如图所示 图中 OPQ和 OQT的面积分别为S1和S2 初始时 甲车在乙车前方S0处 A 若S0 S1 S2 两车不会相遇B 若S0 S1 两车相遇2次C 若S0 S1 两车相遇1次D 若S0 S2 两车相遇1次 O Q T v t 乙 甲 P 模型3 转换模型 第2类 转换参考系 2020 4 8 24 第3类 把电磁感应现象中的力学现象 转化为感应电流的方向 模型3 转换模型 2020 4 8 25 第4类 把磁通量的变化斜率 转化为感应电流的方向 2009海南 4 一长直铁芯上绕有一固定线圈M 铁芯右端与一木质圆柱密接 木质圆柱上套有一闭合金属环N N可在木质圆柱上无摩擦移动 M连接在如图所示的电路中 其中R为滑线变阻器 E1和E2为直流电源 S为单刀双掷开关 下列情况中 可测到N向左运动的是A 在S断开的情况下 S向a闭合的瞬间B 在S断开的情况下 S向b闭合的瞬间C 在S已向a闭合的情况下 将R的滑动头向c端移动时D 在S已向a闭合的情况下 将R的滑动头向b端移动时 模型3 转换模型 2020 4 8 26 第5类 利用能量转化进行转换 2011上海 15 如图 一长为L的轻杆一端固定在光滑铰链上 另一端固定一质量为m的小球 一水平向右的拉力作用于杆的中点 使杆以角速度 匀速转动 当杆与水平方向成60 时 拉力的功率为 模型3 转换模型 匀速转动 动能不变 重力势能增大 机械能增大 外力做功 2020 4 8 27 2012 江苏单科 3 如图所示 细线的一端固定于O点 另一端系一小球 在水平拉力F作用下 小球以恒定速率在竖直平面内由A点运动到B点 在此过程中拉力的瞬时功率变化情况是A 逐渐增大B 逐渐减小C 先增大 后减小D 先减小 后增大 模型3 转换模型 第5类 利用能量转化进行转换 2020 4 8 28 第6类 把物理问题转化为对形成原因的研究 在下列四幅图中 细绳所悬挂的重物质量相等 滑轮均为理想滑轮 请分析四幅图中杆受滑轮的作用力的大小关系 模型3 转换模型 错因剖析 就我的学生而言 做错的同学当中 绝大部分同学是认为杆对滑轮的作用力是沿着杆 为了避免这样的错误发生 我的处理是这样的 1 由于同一绳子的拉力大小处处相同 因此绳对滑轮的作用力一定沿着对角线方向 2 杆可以发生哪些形变 直观确定 间接确定 绳子拉力的方向 滑轮状态 确定杆的作用方向 杆的形变种类 回答学生的疑惑 2020 4 8 29 第7类 利用对称特点进行转换 模型3 转换模型 例题 2013 四川模拟 原长为30cm的轻弹簧竖立于地面 下端与地面固定 质量为m 0 1kg的物体放到弹簧顶部 物体静止平衡时弹簧长为26cm 如果物体从距地面130cm处自由下落到弹簧上 当物体压缩弹簧到距地面22cm时 不计空气阻力 取g 10m s2 重物在地面时重力势能为零 则 A 物块的动能为1JB 物块的重力势能为1 08JC 弹簧的弹性势能为0 08JD 物块的动能与重力势能之和为2 16J 2020 4 8 30 第7类 利用对称特点进行转换 模型3 转换模型 例题 2013 四川模拟 原长为30cm的轻弹簧竖立于地面 下端与地面固定 质量为m 0 1kg的物体放到弹簧顶部 物体静止平衡时弹簧长为26cm 如果物体从距地面130cm处自由下落到弹簧上 当物体压缩弹簧到距地面22cm时 不计空气阻力 取g 10m s2 重物在地面时重力势能为零 则 A 物块的动能为1JB 物块的重力势能为1 08JC 弹簧的弹性势能为0 08JD 物块的动能与重力势能之和为2 16J 2020 4 8 31 例题 如图所示 真空中存在一个水平向左的匀强电场 场强大小为E 一根不可伸长的绝缘细线长度为l 一端拴一个质量为m 电荷量为q的带负电小球 另一端固定在O点 把小球拉到使细线水平的位置A 由静止释放 小球沿圆弧运动到位置B时 速度为零 图中角 60 请分析 1 小球在B点的加速度大小 2 小球运动到B点时绳子受到的拉力大小 错误剖析 1 认为小球运动到B点后将会在该点保持静止状态 2 在对B点进行受力分析时 对向心力来源的分析不够准确 从而认为电场力与重力的合力沿OB方向 第7类 利用对称特点进行转换 模型3 转换模型 2020 4 8 32 第8类 利用轨迹对称进行变换 例题 如图所示的直角坐标系中 在直线x 2l0到y轴区域内存在着两个大小相等 方向相反的有界匀强电场 其中x轴上方的电场方向沿y轴负方向 x轴下方的电场方向沿y轴正方向 在电场左边界上A 2l0 l0 到C 2l0 0 区域内 连续分布着电荷量为 q q 0 质量为m的粒子 某时刻起 从A点到C点间的粒子 依次连续以相同的速度v0沿x轴正方向射入电场 若从A点射入的粒子 恰好从y轴上的A 0 l0 沿x轴正方向射出电场 其轨迹如图 不计粒子的重力及它们间的相互作用 则通过y轴后也能沿x轴正方向运动的粒子 其初始位置在AC间的纵坐标是 模型 转换模型 2020 4 8 33 模型3 转换模型 第8类 利用轨迹对称进行变换 2014 山东 18 如图1所示 场强大小为E 方向竖直向下的匀强电场中有一矩形区域abcd 水平边ab长为s 竖直边ad长为h 质量均为m 带电量分别为 q和 q的两粒子 由a c两点先后沿ab和cd方向以速率v0进入矩形区域 两粒子不同时出现在电场中 不计重力 若两粒子轨迹恰好相切 则v0等于 2020 4 8 34 例题 2015崇明一模 24题改编 在光滑水平面上 有一个粗细均匀的单匝正方形闭合线框abcd 在水平外力的作用下 从静止开始沿垂直磁场边界方向做匀加速直线运动 穿过匀强磁场 平行磁场区域的宽度大于线框边长 如图所示 则 1 线框中的感应电流随时间的变化关系图 2 外力F随时间的变化关系图 模型4 补偿模型 2020 4 8 35 1 合力与分力的替代 例题 2001北京 内蒙古 安徽春招 10 一物体放置在倾角为 的斜面上 斜面固定于加速上升的电梯中 加速度为a 如图所示 在物体始终相对于斜面静止的条件下 下列说法中正确的是 A 当 一定时 a越大 斜面对物体的正压力越小 B 当 一定时 a越大 斜面对物体的摩擦力越大 C 当a一定时 越大 斜面对物体的正压力越小 D 当a一定时 越大 斜面对物体的摩擦力越小 模型5 等效替代模型 2020 4 8 36 2 物理原理的替代 模型5 等效替代模型 2020 4 8 37 3 直流电路中的等效替代 模型5 等效替代模型 1 用已知电阻代替未知电阻 2 用电流表代替电压表 2020 4 8 38 模型5 等效替代模型 2 用电流表代替电压表 成都七中2015届二诊模拟 某物理兴趣小组要精确测量一只电流表G 量程1mA 内阻约为100 的内阻 实验可提供的器材有 电流表A1 量程3mA 内阻约为200 电流表A2 量程0 6A 内阻约为0 1 定值电阻R1 阻值为10 定值电阻R2 阻值为60 滑动变阻器R3 最大阻值20 额定电流1 5A直流电源 电源电动势1 5V 内阻0 5 开关 导线若干 3 直流电路中的等效替代 2020 4 8 39 模型5 等效替代模型 3 用电压表代替电流表 2010天津 要测量电压表V1的内阻RV 其量程为2V 内阻约为2k 实验室提供的器材有 电流表A 量程0 6A 内阻约0 1 电压表V2 量程5V 内阻5k 定值电阻R1 阻值30 定值电阻R2 阻值3k 滑动变阻器R3 最大阻值100 额定电流1 5A 电源E 电动势6V 内阻约0 5 开关S一个 导线若干 用V2代替电流表 用V1代替电流表 3 直流电路中的等效替代 2020 4 8 40 模型5 等效替代模型 4 电源内阻的等效处理 用测量电源内阻的原理测量电阻 利用等效内阻来处理局部电路 3 直流电路中的等效替代 2020 4 8 41 一点说明 1 关于运动图象的考试说明变化 删除了 匀变速直线运动图像只限于v t图像 2 重新审视x t图象的物理意义 模型6 追及相遇模型 2013 新课标 19 1 空间位置随时间的变化规律 2 速度大小随时间的变化规律 3 速度方向随时间的变化规律 4 相遇情况 1 即某一时刻同时出现在哪个位置 2 怎么相遇 2020 4 8 42 一点说明 1 关于运动图象的考试说明变化 删除了 匀变速直线运动图像只限于v t图像 2 重新审视x t图象的物理意义 模型6 追及相遇模型 例题 在水平地面上的同一位置先后竖直上抛两个小球A和B 初速度分别为2v0和v0 且两小球可以在空中相遇 求 先后抛出两个小球的时间差 t的取值范围 自我小结 对此图象的理解 1 初速度调节y t图象的宽度大小 2 t的大小调节y t图象的位置 2020 4 8 43 一点说明 1 关于运动图象的考试说明变化 删除了 匀变速直线运动图像只限于v t图像 2 重新审视x t图象的物理意义 模型6 追及相遇模型 例题 小球A从离地面高H处自由下落 同时小球B以v0的初速度从地面竖直上抛 问v0为多少时 1 两球在B球的上升阶段相遇 2 在B到达最高点时相遇 3 在B球的下降阶段相遇 2020 4 8 44 1 动态平衡 模型7 动态模型 动态平衡 图解法 解析法 1号力 2号力 3号力 拉密原理 相似三角形 正交分解法 大小 方向均不变的力 大小变 方向不变的力 大小变 方向也变的力 三力平衡 有一个夹角不变 三力平衡 三个夹角都在变 其他 2020 4 8 45 1 动态平衡 模型7 动态模型 2020 4 8 46 2 运动分析 1 瞬间问题 变加速运动 2 机车的两种启动方式 3 带电粒子的在电场中的E F等物理量的动态分析 4 匀速圆周运动物体的静摩擦力 4 电磁感应中的单杆 双杆的动力学动态问题 模型7 动态模型 2020 4 8 47 3 卫星变轨 模型7 动态模型 1 比较轨道2上的P Q两点的线速度大小 2 比较卫星在三个轨道上的运动周期 3 比较卫星在轨道1 3上的线速度 角速度 加速度以及向心加速度 4 比较卫星在椭圆轨道上的Q点和轨道1的Q点的速度大小 加速度以及向心加速度大小 5 比较轨道2上的Q点与3轨道上的P点的线速度大小 6 比较三个轨道上的机械能大小 2020 4 8 48 4 能量转化的动态分析 解题方法 当只有系统内的重力 弹力做功时 系统的机械能守恒 模型7 动态模型 例题1 如图所示 在绝缘的斜面上方存在着沿水平向右的匀强电场 斜面上的带电金属块沿斜面滑下 已知在下滑的过程中 金属块动能增加了12J 金属块克服摩擦力做功8J 重力做功24J 下列判断中正确的是 2020 4 8 49 4 能量转化的动态分析 解题方法 当只有系统内的重力 弹力做功时 系统的机械能守恒 模型7 动态模型 例题2 如图所示 竖直向上的匀强电场中 绝缘轻质弹簧直立于地面上 上面放一个质量为m的带正电小球 小球与弹簧不连接 现将小球向下压到某位置后由静止释放 若小球从静止开始运动到离开弹簧的过程中 重力和电场力对小球做功分别为W1和W2 小球离开弹簧时速度为v 不计空气阻力 小球的电荷量保持不变 则上述过程中 2020 4 8 50 4 能量转化的动态分析 解题方法 当只有系统内的重力 弹力做功时 系统的机械能守恒 模型7 动态模型 例题3 如图所示 质量为M 长度为L的小车静止在光滑水平面上 质量为m的小物块 可视为质点 放在小车的最左端 现用一水平恒力F作用在小物块上 使小物块从静止开始做匀加速直线运动 小物块和小车之间的摩擦力为f 小物块滑到小车的最右端时 小车运动的距离为x 此过程中 以下结论正确的是 2020 4 8 51 5 电路的动态分析 包括直流 交流 含容电路等 模型7 动态模型 2020 4 8 52 模型8 磁场边界 1 直线边界 模型特点 1 进出磁场时与直线边界的夹角相等 2 垂直进入磁场时 出射点与入射点之间的距离最大 3 当速度大小不变时 第2幅图中速度与边界夹角越小 粒子离开边界的最大距离越大 2 圆形边界 1 沿着磁场圆的圆心进入 2 磁场圆与轨迹圆公共弦最长时等于其中一个的直径 粒子在匀强磁场圆中运动时间最长时其弦长可能等于其中一个圆的直径 粒子在 匀强 磁场圆中运动最远处时其弦长可能等于其中一个圆的直径 3 轨迹圆半径等于匀强磁场圆半径的粒子 同种粒子从同一点射入磁场时 会平行于离开磁场 2020 4 8 53 模型8 磁场边界 1 直线边界 1 辅助作图 2013安徽 23 2013海南 14 备注 有时可以根据已知条件和需要虚拟一条直线边界 2020 4 8 54 模