高中物理常见十种模型

1、高中物理常见十种模型以例说法触类旁通（学科素养能力提升%以例说法触类旁通以例说法触类旁通物理模型一轻杆、轻绳、轻弹簧模型三种模型轻杆轻绳轻弹簧模型图示珂7/2/2/Z7/7777/77RTp i77777三种模型轻杆轻绳轻弹簧形变特点只能发生微 小形变柔软，只能 发生微小形 变，各处张 力大小相等 既可伸长， 也可压缩， 各处弹另大 小相等方向特点不一定沿杆, 可以是任意 方向指向绳收缩的方向一定沿弹簧 轴线，与形 变方向相反作用效果可提供拉力、特点推力只能提供拉 力可以提供拉力、推力大小突变可以发生突可以发生突特点一般不能发 生突变如图所示，水平轻杆的一端固定在墙上，轻绳与竖直方向的夹角为3

2、7。,小球的重力为12 N,轻绳的拉力为10N,水平轻弹簧的弹力为9 N,求轻杆对小球的作用力.审题点睛轻绳的弹力方向一定沿绳收缩方向，具有唯一 性，轻弹簧弹力沿弹簧轴线，方向有两种可能.固定轻杆的 弹力方向，具有多种可能性.因此应分两种情况确定轻杆对 小球的作用力大小和方向.解析(1) 弹簧对小球向左拉时：设杆的弹力大小为F,与水平方向的夹角为久，小球受力如图甲所示. 由平衡条件知：jFcos a+Fisin 37=F2Fsin a+Ficos 37 = G 代入数据解得：F=5 N, a=53即杆对小球的作用力大小约为5 N,方向与水平方向 成53。角斜向右上方.(2)弹簧对小球向右推时:

3、小球受力如图乙所示:由平衡条件得:Feos a+Fisin 37+F2=0Fsin a+FiCOS 37 = GVGF=15.5N,代入数据解得:即杆对小球的作用力大小约为15.5 N,方向与水平方向 成arctan春斜向左上方.答案见解析建模感悟弹簧与橡皮筋的弹力特点(1)弹簧与橡皮筋产生的弹力遵循胡克定律F=kx.(2) 橡皮筋、弹簧的两端及中间各点的弹力大小相等.(3) 弹簧既能受拉力，也能受压力(沿弹簧轴线)，而橡皮筋只 能受拉力作用.(4) 弹簧和橡皮筋中的弹力均不能突变，但当将弹簧或橡皮筋剪断时，其弹力立即消失.以例说法触类旁通(学科素养能力提升%物理模型一传送带模型中的动力学问题

4、1.模型特征一个物体以速度(% a 0)在另一个匀速运动的物体上开始运动 的力学系统可看做“传送带”模型，如图甲、乙、丙所示.甲乙丙2.建模指导传送带模型问题包括水平传送带问题和倾斜传送带问题.(1)水平传送带问题：求解的关键在于对物体所受的摩擦力进 行正确的分析判断.根据物体与传送带的相对速度方向判断 摩擦力方向.两者速度相等是摩擦力突变的临界条件.(2)倾斜传送带问题：求解的关键在于认真分析物体与传送带 的相对运动情况，从而确定其是否受到滑动摩擦力作用.如 果受到滑动摩擦力作用应进一步确定其大小和方向，然后根 据物体的受力情况确定物体的运动情况.当物体速度与传送 带速度相等时，物体所受的摩

5、擦力有可能发生突变.（18分）（2015四川成都七中开学考试）如图所示，传送带与地面倾角=37。,从4到B长度为1=10.25 m,传送带以=10 m/s的速率逆时针转动.在传送带上端A无初速地放一个质量为加=0.5 kg的黑色煤块，它与传送带之间的动摩擦因数为“=05煤块在传送带上经过会留下黑色痕 迹.已知sin 37 =0.6, g=10 m/s2,求：煤块从A到B的时间；煤块从A到的过程中传送带上形成痕迹的长度.审题点睛煤块刚放上时，判断摩擦力的方向，计算加 速度.(2)判断煤块能否达到与传送带速度相等，若不能，煤块从助口速度不变，若能，则要进一步判断煤块能否相对传送带滑动.达到相同速度

6、后，若煤块不再滑动，则匀速运动到B点， 形成的痕迹长度等于传送带和煤块对地的位移之差.煤块若 相对传送带滑动，之后将以另一加速度运动到B点，形成的痕迹与上段留下的痕迹重合，j规范解答该得的分一分不丢！煤块刚放上时，受到向下的摩擦力，如图甲，其加速度为i=g（sin +“cos ）= 10 m/s , ti=l s,iXi=ai4=5 mL,（2分）（1分）即下滑5 m与传送带速度相等.（2分）达到巩后，受到向上的摩擦力，由于“V伽37。，煤块仍将加速下滑，如图乙，2Q2=g（sin “一“cos ） = 2 m/s , x2=LXi=5.25 m,（2分）（1分）兀2 =也+切2龙,（2分）得

7、 f2=05s, (2 分)则煤块从A到的时间为匸fi+f2=l5s. （1分）（2）第一过程痕迹长务彳=5 m, （2分）第二过程痕迹长 心2=兀2卯2=0.25 m，（2分） Axx与心2部分重合，故痕迹总长为5 m. （1分）答案(1)1.5 s (2)5 m总结提升解答传送带问题应注意的事项(1) 水平传送带上物体的运动情况取决于物体的受力情况，即 物体所受摩擦力的情况.(2) 倾斜传送带问题，一定要比较斜面倾角与动摩擦因数的大 小关系.传送带上物体的运动情况可按下列思路判定：相对运动 摩擦力方向加速度方向速度变化情况共速，并且明确 摩擦力发生突变的时刻是o物=传.(学科素养能力提升)

8、物理模型“滑一滑板”模型的分析1.模型特点：下叠放两个物体，并且两物体在摩擦力的相互作用下发生相对滑动.2.模型分析解此类题的基本思路:(1) 分析滑块和木板的受力情况，根据牛顿第二定律分别求出滑块和木板的加速度;(2) 对滑块和木板进行运动情况分析，找出滑块和木板之间的 位移关系或速度关系，建立方程.特别注意滑块和木板的位 移都是相对地面的位移.（18分）（2015云南昆明统测）如图所示，质量M=1 kg的木板A静AV/7止在水平地面上，在木板的左端放置 一个质量m=l kg的铁块B（大小可忽略），铁块与木块间的动摩擦因数“1=03木板长L=lm,用F =5 N的水平恒力作用在铁块上，g取1

9、0 m/s2.（1）若水平地面光滑，计算说明铁块与木板间是否会发生相对滑动;若木板与水平地面间的动摩擦因数“2 = 01,求铁块运动到木板右端所用的时间.审题点睛(1)判断两者之间是否发生滑动，要比较两者之间的摩擦力与最大静摩擦力的关系，若fV2）,如图甲所示，此时兀伽=d船头指向上游与河岸夹角为cos心話丄。（前提0v2)9i小位移为xmin=sin a Vi如图乙所示.过河】 1.(12分)河宽/=300 m,水速农2=1 m/s,船在静水 中的速度s=3m/s,欲分别按下列要求过河时，船头应与河 岸成多大角度？过河时间是多少？(1)以最短时间过河;(2) 以最小位移过河;(3)到达正对岸

10、上游100 m处.审题点睛(1)水流速度不影响过河时间，因此当船头垂直 河岸时，过河时间最短;(2)在船速大于水速的情况下，渡河的最小位移等于河宽，要求合速度“垂直河岸即可;欲到达对岸上游100 m处，应使合速度指向该点.规范解答该得的分一分不丢！（1）以最短时间渡河时，船头应垂直于河岸航行，即与河岸成 90。角.最短时间为 f=s=100s. （2 分）以最小位移过河，船的实际航向应垂直河岸，即船头应指向 上游河岸.设船头与上游河岸夹角为仇有771COS O=V2i （1 分）0= arccos= arccos|.（l 分）渡河时间为/=可 sin 0 3 X sin 106.1 s.（2分

11、）(3) 设船头与上游河岸夹角为 (可 cos av2)t=x(2 分)Vitsin a=l（2 分）两式联立得：a=53,s(1分)答案见规范解答技法点拨求解小船渡河问题的方法 求解小船渡河问题有两类：一是求最短渡河时间，二是求最 短渡河位移.无论哪类都必须明确以下三点:(1)解决这类问题的关键是：正确区分分运动和合运动，在 船的航行方向也就是船头指向方向的运动，是分运动；船的 运动也就是船的实际运动，是合运动，一般情况下与船头指 向不共线.(2)运动分解的基本方法，按实际效果分解，一般用平行四边形定则沿水流方向和船头指向分解.渡河时间只与垂直河岸的船的分速度有关，与水流速度 无关.（学科素

12、养能力提升%物理模型一竖直平面内圆周运动的轻杆、轻绳”模型 1.模型特点在竖直平面内做圆周运动的物体，运动至轨道最高点时的受 力情况可分为两类：一是无支撑（如球与绳连接、沿内轨道的 “过山车”等），称为“轻绳模型”；二是有支撑（如球与杆 连接、小球在弯管内运动等），称为“轻杆模型”.2.模型分析绳、杆模型常涉及临界问题，分析如下:轻绳模型轻杆模型常见类型均是没有支撑的小球均是有支撑的小球过点界高临件g 临 Me由得由小球能运动即 可，得77临=0轻绳模型轻杆模型讨论分析l=J(1) 过最高点时，vgr9 FN+mg=m9 绳、轨道 对球产生弹力Fn(2) 不能过最高点时v gr在到达最高点前小

13、 球已经脱离了圆轨道当 0=0 时，FN=mg9 Fn 为支持力，沿半径背离圆心 (2)当 OVovV时，Fn+ v2mg=m9 Fn背离圆心且随 rV的增大而减小当 v=gr时，Fn=0(3) 当时,F-mg=mf Fn指向圆心并随e的增大而增大当的值为倔时，杆对小球的弹力为零当V由倔逐渐增大时，杆对小球的拉力逐渐增大 当由忌逐渐减小时，杆对小球的支持力逐渐减小 当。由零逐渐增大时，向心力也逐渐增大（多选）（2015冻城区模拟）长为厶的轻杆，一端固 定一个小球，另一端固定在光滑的水平轴上，使小球在竖直 平面内做圆周运动，关于小球在最高点的速度“下列说法 中正确的是（ABD ）A.B.C.D.

14、审题点睛(1)模型类型：竖直平面内圆周运动的杆模型.(2) 临界条件：最高点杆受力为零的条件为。=融(3) 选用规律：用牛顿第二定律列表达式、讨论.解析在最高点球对杆的作用力为0时，由牛顿第二定律得: 2吨=等,A对；当时，轻杆对球有拉力， 抽 ,mv2L 卩增大，尸增大，B对；当v质子源建立如图所示的“柱体微元”模型，设质子经过距质子源厶和 4L处时的速度分别为巧、V2,在厶和4L处作两个长为AL（极 短）的柱体微元.因M极短，故厶和4厶处的两个柱体微元中 的质子的速度可分别视为6、2对于这两个柱体微元，设单位 体积内质子数分别为1和2，由/=半=些严=eSc可知，Z =n1eSv1, I2

15、=n2eSv2,作为串联电路，各处的电流相等2 277所以人=?2,故強弋.根据动能定理，分别有eEL=mvf eE-4L可得盒=*所以有計=*因此，两柱体微元中的质子数之Wi_2W2_1*答案6.25 X IO个 2 : 1方法总结“柱体微元”模型主要解决类流体问题，如 微观粒子的定向移动、液体流动、气体流动等问题.（学科素养能力提升%以例说法触类旁通物理模型一电磁感应中的双杆”模型1.模型分类“双杆”模型分为两类：一类是“一动一静”，甲杆静止不 动，乙杆运动，其实质是单杆问题，不过要注意问题包含着 一个条件：甲杆静止、受力平衡.另一种情况是两杆都在运 动，对于这种情况，要注意两杆切割磁感线

16、产生的感应电动 势是相加还是相减.2.分析方法通过受力分析，确定运动状态，一般会有收尾状态.对于收 尾状态则有恒定的速度或者加速度等，再结合运动学规律、 牛顿运动定律和能量观点分析求解. （14面上，导轨电阻不计，间距L=0.4m.导轨所在 空间被分）（2014-高考天津卷）如图所示，两根足够长的平行 金属导轨固定在倾角0=30。的斜分成区域I和II,两区域 的边界与斜面的交线为MN, I中的匀强磁场方向垂直斜面向 下，II中的匀强磁场方向垂直斜面向上，两磁场的磁感应强度大小均为B=0.5 T.在区域I中，将质量“=0/lkg,电阻尽=0.1 Q的金属条ab放在导轨上，日b刚好不下滑.然后，在

17、区 域II中将质量m2=QA kg,电阻/?2=0.1 Q的光滑导体棒cd 置于导轨上，由静止开始下滑.ccffi滑动过程中始终处于区 域II的磁场中，ab. cc胎终与导轨垂直且两端与导轨保持良好接触，取g=10 m/s2.问：cdT滑的过程中，日b中的电流方向;(2)ab刚要向上滑动时，cd的速度e多大;(3)从cd开始下滑到ab刚要向上滑动的过程中，cd滑动的距此过程中ab上产生的热量Q是多少.审题点睛日b刚好不下滑，隐含Fim=mgsn 0,方向沿斜面向上，ab刚要向上滑动时，隐含尸安=片m+mgsin e,摩擦力方向沿斜面向下.(2)由于日b中的电流变化，产生的热量要用功能关系(能量

18、守恒)结合电路知识求解.（1）由右手定则可知c中的电流由到c,故血中的电流由。流 向b.（1分）开始放置血刚好不下滑时，ab所受摩擦力为最大静摩擦力,设其为 Fmax，有 Fmax /TligSlYl 3（1分）设刚要上滑时，皿棒的感应电动势为由法拉第电磁感应定律有E=BLv（l分）规范解答该得的分_分不丢!设电路中的感应电流为人由闭合电路欧姆定律有EI=Rr+R2（1分）设血所受安培力为F安，有F=BIL（1分）此时血受到的最大静摩擦力方向沿斜面向下,由平衡条件有F安=加攻sin ”+Fmax（2分）综合式，代入数据解得e=5 m/s. （1分）（3）设cd棒运动过程中在电路中产生的总热量为Q总,由能量守恒定律有/W2gxsin 0=Q总+如2异（2分）又RIRp 总解得Q= 13 J答案由日流向b(2分)(2分)(2)5 m/s (3)1.3 J总结提升分析“双杆”模型问题时，要注意双杆之间的 制约关系，即“动杆”与“被动杆”之间的关系，需要注意 的是，最终两杆的收尾状态的确定是分析该类问题的关键.以例说法触类旁通学科素养能力提升物理模型一单摆模型的应用(14分)如图所示，为光滑弧形 槽，弧形槽半径为R, C为弧形槽最低点，RAB 甲球从弧形槽的球心处自由下落，乙球从A点由静止释放，问：(1) 两球第1次到达C点的时间之比；若在圆弧的最低点C的正上方方处由静止释放小球甲，