高中物理的常见十种模型课件

高中物理常见十种模型1高中物理常见十种模型11物理模型——轻杆、轻绳

、轻弹

簧模型2三种模型轻杆轻绳轻弹

簧模型图

示

物理模型——轻杆、轻绳、轻弹簧模型223三种模型轻杆轻绳轻弹

簧模型特点形变

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

力大小相等方向特点不一定沿杆

，可以是任

意方向只能沿绳

，

指向绳收缩的方向一定沿弹

簧

轴线

，与形

变

方向相反作用效果特点可提供拉力、推力只能提供拉力可以提供拉力、推力大小突变

特点可以发

生突

变可以发

生突

变一般不能发

生突变3轻杆轻绳轻弹簧一定沿弹簧

轴线，与形

变方向相反可3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

37°，小球的重力为

12

N，轻绳

的拉力为10

N，水平轻弹

簧的弹力为9

N，求轻杆对小球的作用力．4如图所示，水平轻杆的一端固定在墙上，轻绳与竖直方向的4[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．甲5[审题点睛]轻绳的弹力方向一定沿绳收缩方向，具有唯5乙[答案]

见

解析6乙[答案]见解析66[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．7[建模感悟]弹簧与橡皮筋的弹力特点(1)弹簧与橡7物理模型——传送带模型中的动力学问题1．模型特征一个物体以速度v0(v0≥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．8物理模型——传送带模型中的动力学问题1．模型特征的物体上开始82．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

，物体所受的摩擦力有可能发

生突变

．92．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9(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θ＝37°，从A到B长

度为

L＝10.25

m，传

送带

以v0＝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

m＝0.5

kg的黑色煤块

，它与传

送带

之间的动摩擦因数为μ＝0.5.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：(1)煤块从A到B的时间

；(2)煤块

从A到B的过

程中传

送带

上形成痕迹的长

度．10(18分)(2015·四川成都七中开学考试)如图所示，传10[审题

点睛]

(1)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A→B加速度不变

，若能，则

要进

一步判断煤块

能否相对传送带滑动．(3)达到相同速度后，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，最后结

果取两次痕迹长者． 11[审题点睛](1)煤块刚放上时，判断摩擦力的方11121212[答案] (1)1.5

s (2)5

m13[答案] (1)1.5s (2)5m1313141414物理模型——“滑块

——滑板”模型的分析1．模型特点：上、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．15物理模型——“滑块——滑板”模型的分析1．模型特点：上、下15161616[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f＜fm，则

不滑动

，反之则发

生滑动．(2)两者发

生相对

滑动时

，两者运动

的位移都是对

地的，注意找位移与板长

的关系．17[审题点睛](1)判断两者之间是否发生滑动，要17181818[规

律总结

]

(1)滑块

由滑板的一端运动

到另一端的过

程中，若滑块

和滑板同向运动

，位移之差等于板长

；反向运动时

，位移之和等于板长

．(2)滑块

是否会从滑板上掉下的临

界条件是：滑块

到达滑板一端时

两者共速．(3)滑块

不能从滑板上滑下的情况下，当两者共速时

，两者受力、加速度发

生突变

．19[规律总结](1)滑块由滑板的一端运动到另一端19物理模型——两种运动

的合成与分解实

例一、小船渡河模型1．模型特点两个分运动

和合运动

都是匀速直线

运动

，其中一个分运动的速度大小、方向都不变

，另一分运动

的速度大小不变

，研究其速度方向不同时对

合运动的影响．这样

的运动系统可看做小船渡河模型．20物理模型——两种运动的合成与分解实例一、小船渡河模型两个202121211.(12分)河宽

l＝300

m，水速v2＝1

m/s，船在静水中的速度v1＝3

m/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v垂直河岸即可；(3)欲到达对

岸上游100

m处

，应

使合速度指向该

点．221.(12分)河宽l＝300m，水速v2＝1m/s，船22232323[答案]

见规

范解答24[答案]见规范解答2424[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．(3)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．25[技法点拨]求解小船渡河问题的方法求解小船渡河问题25物理模型——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”．26物理模型——竖直平面内圆周运动的“轻杆、轻绳”模型262．模型分析绳

、杆模型常涉及临

界问题

，分析如下：27

轻绳

模型轻

杆模型常见

类型

过最高点的临界条件

由小球能运动

即

可，得v临

＝02．模型分析绳、杆模型常涉及临界问题，分析如下：272728

轻绳

模型轻

杆模型讨论分析

28轻绳模型轻杆模型28ABD29ABD2929303030313131物理模型——双星系统

模型1．模型特点(1)两颗

星彼此相距较

近，且间

距保持不变

．(2)两颗

星靠相互之间

的万有引力做匀速圆

周运动

．(3)两颗星绕同一圆心做圆周运动．32物理模型——双星系统模型1．模型特点(1)两颗星彼此相距322．模型分析(1)双星运动

的周期和角速度相等，各以一定的速率绕

某一点转动

，才不至于因万有引力作用而吸在一起．(2)双星做匀速圆

周运动

的向心力大小相等，方向相反．(3)双星绕

共同的中心做圆

周运动时总

是位于旋转

中心的两侧

，且三者在一条直线

上．(4)双星轨

道半径之和等于它们

之间

的距离．332．模型分析(1)双星运动的周期和角速度相等，各以一定的速33B34B3434353535[总结

提升]

(1)解决双星问题时

，应注意区分星体间

距与轨

道半径：万有引力定律中的r为

两星体间

距离，向心力公式中的r为

所研究星球做圆

周运动

的轨

道半径．(2)宇宙空间

大量存在这样

的双星系统

，如地月系统

就可视为

一个双星系统

，只不过

旋转

中心没有出地壳而已，在不是很精确的计

算中，可以认为

月球绕

着地球的中心旋转

．36[总结提升](1)解决双星问题时，应注意区分星体间36物理模型——传

送带

模型中的功能问题1．模型概述传

送带

模型典型的有水平和倾

斜两种情况，涉及功能角度的问题

主要有：求传送带对

物体所做的功、物体和传送带由于相对滑动而产

生的热

量、因放上物体而使电动

机多消耗的电

能等，常依据功能关系或能量守恒定律求解．37物理模型——传送带模型中的功能问题1．模型概述传送带372．传

送带

模型问题

中的功能关系分析(1)功能关系分析：WF＝ΔEk＋ΔEp＋Q.(2)对

WF和Q的理解：①传

送带

的功：WF＝Fx传

；②产

生的内能Q＝Ffs相对

．3．传送带模型问题

的分析流程382．传送带模型问题中的功能关系分析(1)功能关系分析：38(16分)

如图所示，绷紧

的传送带与水平面的夹

角θ＝30°，皮带

在电动

机的带动

下，始终

保持v0＝2

m/s的速率运行，现把一质量为m＝10

kg的工件(可看做质点)轻轻

放在

皮带的底端，经过时间

1.9

s，工件被传

送到h＝1.5

m的高处

，取g＝10

m/s2，求：(1)工件与传

送带间

的动

摩擦因数；(2)电动

机由于传

送工件多消耗的电

能．[审题

点睛]

(1)运动过

程分析：1.9

s内工件是否一直加速？若工件先匀加速后匀速运动

，所受摩擦力是否相同？(2)能量转

化分析：多消耗的电

能转

化成了哪几种能量？各如何表示？39(16分)如图所示，绷紧的传送带与水平面的夹角θ＝3039404040414141[建模感悟]

(1)水平传

送带

：共速后不受摩擦力，不再有能量转

化．倾

斜传

送带

：共速后仍有静摩擦力，仍有能量转

移．(2)滑动

摩擦力做功，其他能量转

化为

内能，静摩擦力做功，不产

生内能．42[建模感悟](1)水平传送带：共速后不受摩擦力，不42物理模型——“柱体微元”模型的应

用1．模型构建：物质

微粒定向移动

，以速度方向为轴线

从中选

取一小圆

柱作为

研究对

象，即为

“柱体微元”模型．2．模型特点(1)柱体内的粒子沿轴线可认为做匀速运动．(2)柱体长

度l＝v·Δt(v为

粒子的速度)，柱体横截面积

S＝πr2(r为

柱体半径)．43物理模型——“柱体微元”模型的应用1．模型构建：物质微粒43444444来自质子源的质子(初速度为零)，经一加速电

压为

800

kV的直线

加速器加速，形成电

流强度为

1

mA的细

柱形质

子流．已知质

子电

荷量e＝1.60×10－19

C．这

束质

子流每秒打到靶上的质

子数为

多少？假定分布在质

子源到靶之间的加

速电场

是均匀的，在质

子束中与质

子源相距L和4L

的两

处

，各取一段极短的相等长

度的质

子流，其中的质

子数分别

为

N1和N2，则

N1∶N2等于多少？45来自质子源的质子(初速度为零)，经一加速电压为800k45464646[答案] 6.25×1015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

．47[答案] 6.25×1015个2∶1[方法总结]47物理模型——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产

生的感应电动势

是相加还是相减．48物理模型——电磁感应中的“双杆”模型1．模型分类“双杆”482．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．492．分析方法通过受力分析，确定运动状态，一般会有收尾状49(14面上，导轨电

阻不计，间距L＝0.4

m．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θ＝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m1＝0.1

kg，电

阻R1＝50(14面上，导轨电阻不计，间距L＝0.4m．导轨所在空500.1

Ω的金属条ab放在导轨

上，ab刚

好不下滑．然后，在区域Ⅱ中将质

量m2＝0.4

kg，电

阻R2＝0.1

Ω的光滑导

体棒cd置于导轨

上，由静止开始下滑．cd在滑动过

程中始终处

于区域Ⅱ的磁场

中，ab、cd始终

与导轨

垂直且两端与导轨

保持良好接触，取g＝10

m/s2.问

：(1)cd下滑的过

程中，ab中的电

流方