物理問題的一般分析方法

2021-03-25 14:44:28 字數 4202 閱讀 7571

命題趨勢分析

與原來的考試不同,「綜合能力測試」多以現實生活中有關的理論問題和實際問題立意命題,要求更加真實和全面地模擬現實。試題要求學生的能力主要不是對事物的結局或某一側面進行描述,而是注重對事物整體的結構、功能和作用的認識,以及對事物發展過程的分析理解。解答這類問題,構建物理模型是關鍵,而且是難點。

由於情境的新穎,原來儲存在頭腦中的模型無法直接應用,完全要憑藉自己的思維品質來構建模型,對考生的能力是乙個極大的考驗。實際上這也是命題者的用心所在,因為學生構建模型的情況,能真實地反映他的理解能力、分析綜合能力、獲取知識的能力等多種能力。

知識概要

互相關聯的物理狀態和物理過程構成了物理問題,解決物理問題的一般方法可歸納為以下幾個環節:

在這幾個環節中,根據問題的情景構建出物理模型是最關鍵的、也是較困難的環節。由問題情景轉化出來的所謂「物理模型」,實際上就是由理想的物件參與的理想的過程。如質點的自由落體運動、質點的勻速圓周運動、單擺的簡諧運動、點電荷在勻強電場中的運動、串並聯電路等等。

這種物理模型一般由更原始的物理模型

構成。原始的物理模型可分為如下兩類:

所謂「建模」就是將帶有實際色彩的物理物件或物理過程通過抽象、理想化、簡化和模擬等方法轉化成理想的物理模型。正確構建物理模型應注意以下幾點:

(1)養成根據物理概念和物理規律分析問題的思維習慣。結合題目描述的現象、給出的條件,確定問題的性質;同時抓住現象的特徵尋找因果關係。這樣能為物理模型的構建打下基礎。

(2)理想化方法是構建物理模型的重要方法,理想化方法的本質是抓住主要矛盾,近似的處理實際問題。因此在分析問題時要養成比較、取捨的習慣。

(3)要透徹掌握典型物理模型的本質特徵、不斷積累典型模型,並靈活運用他們。如研究碰撞時,總結出彈性碰撞和完全非彈性碰撞兩個模型,但後來發現一些作用時間較長的非碰撞類問題,也有相同的數學形式,這就可以把這些問題也納入到這兩個模型中去,直接應用這兩個模型的結論。

點撥解疑

【例題】(2023年高考全國卷)一跳水運動員從離水面10m高的平台上向上躍起,舉雙臂直體離開檯面,此時其重心位於從手到腳全長的中點,躍起後重心公升高0.45m達到最高點,落水時身體豎直,手先入水(在此過程中運動員水平方向的運動忽略不計)從離開跳台到手觸水面,他可用於完成空中動作的時間是______s。(計算時,可以把運動員看作全部質量集中在重心的乙個質點,g取10m/s2,結果保留二位數)

【點撥解疑】

運動員的跳水過程是乙個很複雜的過程,主要是豎直方向的上下運動,但也有水平方向的運動,更有運動員做的各種動作。構建運動模型,應抓主要因素。現在要討論的是運動員在空中的運動時間,這個時間從根本上講與運動員所作的各種動作以及水平運動無關,應由豎直運動決定,因此忽略運動員的動作,把運動員當成乙個質點,同時忽略他的水平運動。

當然,這兩點題目都作了說明,所以一定程度上「建模」的要求已經有所降低,但我們應該理解這樣處理的原因。這樣,我們把問題提煉成了質點作豎直上拋運動的物理模型。

在定性地把握住物理模型之後,應把這個模型細化,使之更清晰。可畫出如圖1所示的示意圖。由圖可知,運動員作豎直上拋運動,上公升高度h,即題中的0.

45m;從最高點下降到手觸到水面,下降的高度為h,由圖中h、h、10m三者的關係可知h=10.45m。

由於初速未知,所以應分段處理該運動。運動員躍起上公升的時間為: s

從最高點下落至手觸水面,所需的時間為: s

所以運動員在空中用於完成動作的時間約為: =1.7s

點評:構建物理模型時,要重視理想化方法的應用,要養成化示意圖的習慣。把物理過程分階段規律化,再對應相應的模型.

2.如圖9所示,一勁度係數為k=800n/m的輕彈簧兩端各焊接著兩個質量均為m=12kg的物體a、b。物體a、b和輕彈簧豎立靜止在水平地面上,現要加一豎直向上的力f在上面物體a上,使物體a開始向上做勻加速運動,經0.4s物體b剛要離開地面,設整個過程中彈簧都處於彈性限度內,取g=10m/s2 ,求:

(1)此過程中所加外力f的最大值和最小值。

(2)此過程中外力f所做的功。

參***

2.解:(1)a原來靜止時:kx1=mg

當物體a開始做勻加速運動時,拉力f最小,設為f1,對物體a有:

f1+kx1-mg=ma

當物體b剛要離開地面時,拉力f最大,設為f2,對物體a有:

f2-kx2-mg=ma

對物體b有:kx2=mg

對物體a有:x1+x2

由①、④兩式解得 a=3.75m/s2 ,分別由②、③得f1=45n,f2=285n

(2)在力f作用的0.4s內,初末狀態的彈性勢能相等,由功能關係得:

wf=mg(x1+x2)+ 49.5j

3.(2023年春季高考卷第34題,22分)如圖14所示,abc是光滑的軌道,其中ab是水平的,bc為與ab相切的位於豎直平面內的半圓,半徑r=0.30m。質量m=0.

20kg的小球a靜止在軌道上,另一質量m=0.60kg、速度v0=5.5m/s的小球b與小球a正碰。

已知相碰後小球a經過半圓的最高點c落到軌道上距b點為處,重力加速度g=10m/s2,求:

(1)碰撞結束後,小球a和b的速度的大小。

(2)試論證小球b是否能沿著半圓軌道到達c點。

3.(1)以v1表示小球a碰後的速度,v2表示小球b碰後的速度,表示小球a在半圓最高點的速度,t表示小球a從離開半圓最高點到落在軌道上經過的時間,則有

由①②③④求得

代入數值得

(2)假定b球剛能沿著半圓軌道上公升到c點,則在c點時,軌道對它的作用力等於零。以vc表示它在c點的速度,vb表示它在b點相應的速度,由牛頓定律和機械能守恆定律,有

解得代入數值得

由,所以小球b不能達到半圓軌道的最高點。

4.(18分)下雪天,卡車在筆直的高速公路上勻速行駛。司機突然發現前方停著一輛故障車,他將剎車踩到底,車輪被抱死,但卡車仍向前滑行,並撞上故障車,且推著它共同滑行了一段距離l後停下。事故發生後,經測量,卡車剎車時與故障車距離為l,撞車後共同滑行的距離。

假定兩車輪胎與雪地之間的動摩擦因數相同。已知卡車質量m為故障車質量m的4倍。

(1)設卡車與故障車相障前的速度為v1,兩車相撞後的速度變為v2,求;

(2)卡車司機至少在距故障車多遠處採取同樣的緊急剎車措施,事故就能免於發生。

4.(18分)

(1)由碰撞過程動量守恆mv1=(m+m)v2 ①

則(2)設卡車剎車前速度為v0,輪胎與雪地之間的動摩擦因數為μ兩車相撞前卡車動能變化

碰撞後兩車共同向前滑動,動能變化

由②式由③式又因 如果卡車滑到故障車前就停止,由 ④

故這意味著卡車司機在距故障車至少l處緊急剎車,事故就能夠免於發生。

5. ( 19分)如圖所示,在傾角為θ的光滑斜面上有兩個用輕質彈簧相連線的物塊a .b .它們的質量分別為ma.mb,彈簧的勁度係數為k , c為一固定擋板。系統處於靜止狀態。現開始用一恒力f沿斜面方向拉物塊a 使之向上運動,求物塊b 剛要離開c時物塊a 的加速度a 和從開始到此時物塊a 的位移d。

重力加速度為g。(05全國ⅲ)

5.解:令x1表示未加f時彈簧的壓縮量,由胡克定律和牛頓定律可知

magsinθ=kx1

令x2表示b 剛要離開c時彈簧的伸長量,a表示此時a 的加速度,由胡克定律和牛頓定律可知

kx2=mbgsin

f-magsinθ-kx2=maa

由② ⑧ 式可得a

由題意 d=x1+x2 ⑤

由①②⑤式可得d

6.(13分)已知萬有引力常量g,地球半徑r,月球和地球之間的距離r,同步衛星距地面的高度h,月球繞地球的運轉週期t1,地球的自轉週期t2,地球表面的重力加速度g。某同學根據以上條件,提出一種估算地球質量m的方法:(05廣東)

同步衛星繞地球作圓周運動,由得

⑴請判斷上面的結果是否正確,並說明理由。如不正確,請給出正確的解法和結果。

⑵請根據已知條件再提出兩種估算地球質量的方法並解得結果。

6.(13分)

(1)上面結果是錯誤的,地球的半徑r在計算過程中不能忽略。

正確的解法和結果是

得(2)方法一:對月球繞地球作圓周運動,由得  ③

方法二:在地面重力近似等於萬有引力,由得    ④

7.(10分)如圖所示,某人乘雪橇從雪坡經a點滑至b點,接著沿水平路面滑至c點停止.人與雪橇的總質量為70kg.表中記錄了沿坡滑下過程中的有關資料,請根據圖表中的資料解決下列問題:

(1)人與雪橇從a到b的過程中,損失的機械能為多少? (05上海)

(2)設人與雪橇在bc段所受阻力恆定,求阻力大小(g =10m/s2)

7.(10分)(1)設滑板在水平地面滑行時受到的平均阻力為廠,根據動能定理有: (1)

物理問題的一般分析方法

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