高考物理考点解读+命题热点突破专题20计算题的解题方法与技巧

一岗双责落实还不到位。受事务性工作影响，对分管单位一岗双责常常落实在安排部署上、口头要求上，实际督导、检查的少，指导、推进、检查还不到位。专题20 计算题的解题方法与技巧 【考向解读】 计算题命题立意分类【命题热点突破一】各类运动问题(1)各类运动问题主要包括：静止、匀速直线运动、匀变速直线运动、匀速圆周运动这四种运动(2)破解运动学问题关键是抓住运动的条件，即受力分析而后利用牛顿第二定律研究物体的运动(3)该类问题主要包括，单个物体的多个运动过程问题，多个物体的追及相遇问题，板块问题，传送带问题，天体的运动等问题例1、2016四川卷 避险车道是避免恶性交通事故的重要设施，由制动坡床和防撞设施等组成，如图竖直平面内，制动坡床视为与水平面夹角为的斜面一辆长12 m的载有货物的货车因刹车失灵从干道驶入制动坡床，当车速为23 m/s时，车尾位于制动坡床的底端，货物开始在车厢内向车头滑动，当货物在车厢内滑动了4 m时，车头距制动坡床顶端38 m，再过一段时间，货车停止已知货车质量是货物质量的4倍，货物与车厢间的动摩擦因数为0.4；货车在制动坡床上运动受到的坡床阻力大小为货车和货物总重的0.44倍货物与货车分别视为小滑块和平板，取cos 1，sin 0.1，g10 m/s2.求：(1)货物在车厢内滑动时加速度的大小和方向；(2)制动坡床的长度图1【答案】(1)5 m/s2，方向沿制动坡床向下(2)98 m (2)设货车的质量为M，车尾位于制动坡床底端时的车速为v23 m/s.货物在车厢内开始滑动到车头距制动坡床顶端s038 m的过程中，用时为t，货物相对制动坡床的运动距离为s2.货车受到制动坡床的阻力大小为F，F是货车和货物总重的k倍，k0.44，货车长度l012 m，制动坡床的长度为l，则Mgsin FfMa2Fk(mM)gs1vta1t2s2vta2t2ss1s2ll0s0s2联立并代入数据得l98 m.【变式探究】如图所示，装甲车在水平地面上以速度v020 m/s沿直线前进，车上机枪的枪管水平，距地面高为h1.8 m在车正前方竖立一块高为两米的长方形靶，其底边与地面接触枪口与靶距离为L时，机枪手正对靶射出第一发子弹，子弹相对于枪口的初速度为v800 m/s.在子弹射出的同时，装甲车开始匀减速运动，行进s90 m后停下装甲车停下后，机枪手以相同的方式射出第二发子弹(不计空气阻力，子弹看成质点，重力加速度g10 m/s2) 【解析】(1)对装甲车末速度为零的匀减速直线运动，有vv2as，代入vt0、v020 m/s、s90 m，解得装甲车匀减速运动时的加速度为a m/s2(2)第一发子弹相对地面的初速度为v0vv0820 m/s，由于不计空气阻力，其运动为平抛运动，设从射出到击中靶的运动时间为t1，则x1Lv0t1，y1gt1.25 m，h1hy1，代入数据解得第一发子弹的弹孔离地的高度h10.55 m同理，对第二发子弹的运动有x2Lsvt2，y2gt0.8 m，靶上两个弹孔之间的距离yy1y20.45 m(3)这个题目在理解上有困难，即“靶上只有一个弹孔”，如果两发子弹打在同一个孔，这个距离是个定值，y1gtg()2，y2gtg()2，即y1y2，L3 690 m，这个距离对应的下落时间t4.5 s0.6 s，不符合题意【答案】(1) m/s2(2)0.45 m(3)492 mL570 m【变式探究】 万有引力定律揭示了天体运动规律与地上物体运动规律具有内在的一致性(1)用弹簧秤称量一个相对于地球静止的小物体的重量，随称量位置的变化可能会有不同的结果已知地球质量为M，自转周期为T，万有引力常量为G.将地球视为半径为R、质量均匀分布的球体，不考虑空气的影响设在地球北极地面称量时，弹簧秤的读数是F0.a若在北极上空高出地面h处称量，弹簧秤读数为F1，求比值的表达式，并就h1.0%R的情形算出具体数值(计算结果保留两位有效数字)；b若在赤道地面称量，弹簧秤读数为F2，求比值的表达式(2)设想地球绕太阳公转的圆周轨道半径为r、太阳的半径为Rs和地球的半径R三者均减小为现在的1.0%，而太阳和地球的密度均匀且不变仅考虑太阳和地球之间的相互作用，以现实地球的1年为标准，计算“设想地球”的一年将变为多长？【解析】(1)设小物体质量为ma在北极地面F0在北极上空高出地面h处F10.98b在赤道地面，小物体随地球自转做匀速圆周运动，受到万有引力，有F2mR得1【答案】(1)a.0.98b.1(2)不变【命题热点突破二】功能关系能量守恒问题(1)该类问题主要包括，单个物体参与的多个曲线运动、连接体问题、含弹簧的问题等(2)破解这类问题关键明确哪些力做功衡量哪些能量的变化，有几种能量每种能量的增加和减少例2、【2016全国卷】 轻质弹簧原长为2l，将弹簧竖直放置在地面上，在其顶端将一质量为5m的物体由静止释放，当弹簧被压缩到最短时，弹簧长度为l.现将该弹簧水平放置，一端固定在A点，另一端与物块P接触但不连接AB是长度为5l的水平轨道，B端与半径为l的光滑半圆轨道BCD相切，半圆的直径BD竖直，如图所示物块P与AB间的动摩擦因数0.5.用外力推动物块P，将弹簧压缩至长度l，然后放开，P开始沿轨道运动，重力加速度大小为g.(1)若P的质量为m，求P到达B点时速度的大小，以及它离开圆轨道后落回到AB上的位置与B点间的距离；(2)若P能滑上圆轨道，且仍能沿圆轨道滑下，求P的质量的取值范围图1【答案】 (1)2 l(2)mMMg4l要使P仍能沿圆轨道滑回，P在圆轨道的上升高度不能超过半圆轨道的中点C.由机械能守恒定律有MvMgl联立式得mMm【变式探究】(2015江苏)一转动装置如图所示，四根轻杆OA、OC、AB和CB与两小球以及一小环通过铰链连接，轻杆长均为l，球和环的质量均为m，O端固定在竖直的轻质转轴上，套在转轴上的轻质弹簧连接在O与小环之间，原长为L，装置静止时，弹簧长为L，转动该装置并缓慢增大转速，小环缓慢上升弹簧始终在弹性限度内，忽略一切摩擦和空气阻力，重力加速度为g，求：(1)弹簧的劲度系数k；(2)AB杆中弹力为零时，装置转动的角速度0；(3)弹簧长度从L缓慢缩短为L的过程中，外界对转动装置所做的功W. (2)设OA，AB杆中的弹力分别为F2，T2，OA杆与转轴的夹角为2小环受到弹簧的弹力：F弹2k(xL)小环受力平衡：F弹2mg，得xL对小球：F2cos2mgF2sin2mlsin2且cos2解得0(3)弹簧长度为L/2时，设OA、AB杆中的弹力分别为F3、T3，OA杆与弹簧的夹角为3小环受到弹簧的弹力：F弹3k小环受力平衡：2T3cos3mgF弹3且cos3对小球：F3cos3T3cos3mgF3sin3T3sin3mlsin3解得3整个过程弹簧弹性势能变化为零，则弹力做的功为零，由动能定理：Wmg()2mg()2m(3lsin3)2解得WmgL【答案】(1)4mg/L(2)0(3)mgL【变式探究】如图为某游乐场内水上滑梯轨道示意图，整个轨道在同一竖直平面内，表面粗糙的AB段轨道与四分之一光滑圆弧轨道BC在B点水平相切点A距水面的高度为H，圆弧轨道BC的半径为R，圆心O恰在水面一质量为m的游客(视为质点)可从轨道AB的任意位置滑下，不计空气阻力(1)若游客从A点由静止开始滑下，到B点时沿切线方向滑离轨道落在水面上的D点，OD2R，求游客滑到B点时的速度vB大小及运动过程轨道摩擦力对其所做的功Wf；(2)若游客从AB段某处滑下，恰好停在B点，又因受到微小扰动，继续沿圆弧轨道滑到P点后滑离轨道，求P点离水面的高度h.(提示：在圆周运动过程中任一点，质点所受的向心力与其速率的关系为F向m)【解析】(1)游客从B点做平抛运动，有2RvBtRgt2由式，得vB从A到B，根据动能定理，有mg(HR)Wfmv0由式，得Wf(mgH2mgR)【答案】(1)(mgH2mgR)(2)R【命题热点突破三】带电粒子在孤立场中运动的问题(1)该类试题包括带电粒子在匀强电场中的运动、带电粒子在匀强磁场中的圆周运动(2)带电粒子在匀强电场中的运动为匀变速运动，可以采用运动的合成分解法，也可以采用功能关系；带电粒子在匀强磁场中的圆周运动，一般需要画出轨迹结合几何关系求解例3、【2016四川卷】如图1所示，图面内有竖直线DD，过DD且垂直于图面的平面将空间分成、两区域区域有方向竖直向上的匀强电场和方向垂直于图面的匀强磁场B(图中未画出)；区域有固定在水平面上高h2l、倾角的光滑绝缘斜面，斜面顶端与直线DD距离s4l，区域可加竖直方向的大小不同的匀强电场(图中未画出)；C点在DD上，距地面高H3l.零时刻，质量为m、带电荷量为q的小球P在K点具有大小v0、方向与水平面夹角的速度，在区域内做半径r的匀速圆周运动，经C点水平进入区域.某时刻，不带电的绝缘小球A由斜面顶端静止释放，在某处与刚运动到斜面的小球P相遇小球视为质点，不计空气阻力及小球P所带电荷量对空间电磁场的影响l已知，g为重力加速度(1)求匀强磁场的磁感应强度B的大小；(2)若小球A、P在斜面底端相遇，求释放小球A的时刻tA；(3)若小球A、P在时刻t(为常数)相遇于斜面某处，求此情况下区域的匀强电场的场强E，并讨论场强E的极大值和极小值及相应的方向图1【答案】(1)(2)(32)(3)极大值为，方向竖直向上；极小值为0【解析】(1)由题知，小球P在区域内做匀速圆周运动，有mqv0B代入数据解得B. (3)设所求电场方向向下，在tA时刻释放小球A，小球P在区域运动加速度为aP，有sv0(ttC)aA(ttA)cos mgqEmaPHhaA(ttA)2sin aP(ttC)2联立相关方程解得E对小球P的所有运动情形讨论可得35由此可得场强极小值为Emin0；场强极大值为Emax，方向竖直向上【变式探究】(2015山东)如图所示，直径分别为D和2D的同心圆处于同一竖直面内，O为圆心，GH为大圆的水平直径两圆之间的环形区域(区)和小圆内部(区)均存在垂直圆面向里的匀强磁场间距为d的两平行金属极板间有一匀强电场，上极板开有一小孔一质量为m，电量为q的粒子由小孔下方d/2处静止释放，加速后粒子以竖直向上的速度v射出电场，由点H紧靠大圆内侧射入磁场不计粒子的重力(1)求极板间电场强度的大小；(2)若粒子运动轨迹与小圆相切，求区磁感应强度的大小；(3)若区，区磁感应强度的大小分别为2mv/qD,4mv/qD，粒子运动一段时间后再次经过H点，求这段时间粒子运动的路程【解析】(1)粒子在电场中，根据动能定理Eqmv2，解得E(2)若粒子的运动轨迹与小圆相切，则当内切时，半径为r1由qvBm，解得B由当外切时，半径为r2由qvBm，解得B 粒子重复上述交替运动回到H点，轨迹如图所示，设粒子在区和区做圆周运动的时间分别为t1、t2，可得t1T1t2T2设粒子运动的路程为s，由运动公式可知：sv(t1t2)联立上述各式，可得s5.5D【答案】(1)(2)或(3)5.5D【变式探究】如图所示，离子发生器发射一束质量为m，电荷量为q的离子，从静止经PQ两板间的加速电压加速后，以初速度v0再从a点沿ab方向进入一匀强电场区域，abcd所围成的正方形区域是该匀强电场的边界，已知正方形的边长为L，匀强电场的方向与ad边平行且由a指向d.(1)求加速电压U0；(2)若离子恰从c点飞离电场，求ac两点间的电势差Uac；(3)若离子从abcd边界上某点飞出时的动能为mv，求此时匀强电场的场强大小E.【解析】(1)对直线加速过程，根据动能定理，有qU0mv解得U0(2)设此时场强大小为E，则ab方向，有Lv0tad方向，有Lt2UacEL解得Uac(3)根据Ekmv2可知，离子射出电场时的速度vv0，方向与ab所在直线的夹角为45，即vxvy，根据xvxt，yt，可得x2y，则离子应该从bc边上的某点飞出ab方向，有Lv0tad方向，有yt解得y，根据动能定理，有Eqymvmv，解得E【答案】(1)(2)(3)【思路点拨】(1)对直线加速过程运用动能定理列式求解即可；(2)粒子做类平抛运动，根据类平抛运动的分位移公式列式求解即可；(3)粒子做类平抛运动，根据类平抛运动的分速度公式和分位移公式列式，再结合动能定理列式，最后联立求解即可本题关键是明确粒子的运动是类平抛运动，然后根据类平抛运动的分运动公式列式求解，不难【命题热点突破四】带电粒子在复合场中运动的问题(1)带电粒子在复合场中的运动包括两类问题，一是粒子依次进入不同的有界场区，二是粒子进入复合场区(2)正确分析带电粒子的受力及运动特征是解决问题的前提，带电粒子在复合场中做什么运动，取决于带电粒子所受的合外力及初始状态的速度，因此应把带电粒子的运动情况和受力情况结合起来进行分析，当带电粒子在复合场中所受合外力为零时，做匀速直线运动(3)带电粒子所受的重力和电场力等值反向，洛伦兹力提供向心力，带电粒子在垂直于磁场的平面内做匀速圆周运动(4)带电粒子所受的合外力是变力，且与初速度方向不在一条直线上，粒子做非匀变速曲线运动，这时粒子的运动轨迹既不是圆弧，也不是抛物线，由于带电粒子可能连续通过几个情况不同的复合场区，因此粒子的运动情况也发生相应的变化，其运动过程可能由几种不同的运动阶段组成(5)带电粒子在复合场中的临界问题，这时应以题目中的“恰好”“最大”“最高”“至少”等词语为突破口，挖掘隐含条件，根据临界条件列出辅助方程，再与其他方程联立求解例4、(2016四川理综，11，19分)如图所示，图面内有竖直线DD，过DD且垂直于图面的平面将空间分成、两区域区域有方向竖直向上的匀强电场和方向垂直于图面的匀强磁场B(图中未画出)；区域有固定在水平地面上高h2l、倾角的光滑绝缘斜面，斜面顶端与直线DD距离s4l，区域可加竖直方向的大小不同的匀强电场(图中未画出)；C点在DD上，距地面高H3l.零时刻，质量为m、带电荷量为q的小球P在K点具有大小v0、方向与水平面夹角的速度，在区域内做半径r的匀速圆周运动，经C点水平进入区域.某时刻，不带电的绝缘小球A由斜面顶端静止释放，在某处与刚运动到斜面的小球P相遇小球视为质点，不计空气阻力及小球P所带电量对空间电磁场的影响l已知，g为重力加速度(1)求匀强磁场的磁感应强度B的大小；(2)若小球A、P在斜面底端相遇，求释放小球A的时刻tA；(3)若小球A、P在时刻t(为常数)相遇于斜面某处，求此情况下区域的匀强电场的场强E，并讨论场强E的极大值和极小值及相应的方向小球A释放后沿斜面运动加速度为aA，与小球P在时刻t1相遇于斜面底端，有mgsin maA aA(t1tA)2 联立以上方程解得tA(32) (3)设所求电场方向向下，在tA时刻释放小球A，小球P在区域运动加速度为aP，有sv0(ttC)aA(ttA)2cos mgqEmaP HhaA(ttA)2sin aP(ttC)2 联立相关方程解得E 对小球P的所有运动情形讨论可得35 由此可得场强极小值Emin0，场强极大值Emax，方向竖直向上【答案】(1)(2)(32)(3)；Emax，方向竖直向上；Emin0 【变式探究】(2015福建) 如图，绝缘粗糙的竖直平面MN左侧同时存在相互垂直的匀强电场和匀强磁场，电场方向水平向右，电场强度大小为E，磁场方向垂直纸面向外，磁感应强度大小为B.一质量为m、电荷量为q的带正电的小滑块从A点由静止开始沿MN下滑，到达C点时离开MN做曲线运动A、C两点间距离为h，重力加速度为g.(1)求小滑块运动到C点时的速度大小vc；(2)求小滑块从A点运动到C点过程中克服摩擦力做的功Wf；(3)若D点为小滑块在电场力、洛伦兹力及重力作用下运动过程中速度最大的位置，当小滑块运动到D点时撤去磁场，此后小滑块继续运动到水平地面上的P点已知小滑块在D点时的速度大小为vD，从D点运动到P点的时间为t，求小滑块运动到P点时速度的大小vP.【解析】(1)由题意知，根据左手定则可判断，滑块在下滑的过程中受水平向左的洛伦兹力，当洛伦兹力等于电场力qE时滑块离开MN开始做曲线运动，即BqvCqE解得vCE/B【答案】(1)E/B(2)Wfmghm(3)vP【变式探究】(2015天津)现代科学仪器常利用电场、磁场控制带电粒子的运动在真空中存在着如图所示的多层紧密相邻的匀强电场和匀强磁场，电场和磁场的宽度均为d.电场强度为E，方向水平向右；磁感应强度为B，方向垂直纸面向里电场、磁场的边界互相平行且与电场方向垂直，一个质量为m、电荷量为q的带正电粒子在第1层电场左侧边界某处由静止释放，粒子始终在电场、磁场中运动，不计粒子重力及运动时的电磁辐射(1)求粒子在第2层磁场中运动时速度v2的大小与轨迹半径r2；(2)粒子从第n层磁场右侧边界穿出时，速度的方向与水平方向的夹角为n，试求sinn；(3)若粒子恰好不能从第n层磁场右侧边界穿出，试问在其他条件不变的情况下，也进入第n层磁场，但比荷较该粒子大的粒子能否穿出该层磁场右侧边界，请简要推理说明之 (2)设粒子在第n层磁场中运动的速度为vn，轨迹半径为rn(下标表示粒子所在层数)，nqEdmvqvnBm由此可看出r1sin1，r2sin2，rnsinn为一等差数列，公差为d，可得rnsinnr1sin1(n1)d当n1时，由下图可看出r1sin1d联立可解得sinnB(3)若粒子恰好不能从第n层磁场右侧边界穿出，则n，sinn1由sinB知：在其他条件不变的情况下，粒子的比荷越大，粒子穿出时速度方向与水平方向的夹角n越大，所以比荷较该粒子大的粒子不能穿出该层磁场右侧边界【命题热点突破五】电磁感应问题 (1)通电导体在磁场中将受到安培力的作用，电磁感应问题往往与力学问题联系在一起，解决问题的基本思路用法拉第电磁感应定律及楞次定律求感应电动势的大小及方向求电路中的电流分析导体的受力情况根据平衡条件或者牛顿第二定律列方程(2)抓住能的转化与守恒分析问题：抓住能量转化电磁感应现象中出现的电能，一定是由其他形式的能转化而来，具体问题中会涉及多种形式的能之间的转化，机械能和电能的相互转化、内能和电能的相互转化利用功能关系明确有哪些力做功，就可知道有哪些形式的能量参与了相互转化：摩擦力在相对位移上做功，必然有内能出现；重力做功，必然有重力势能参与转化；安培力做负功就会有其他形式能转化为电能，安培力做正功必有电能转化为其他形式的能；然后利用能量守恒列出方程求解例5、【2016浙江卷】小明设计的电磁健身器的简化装置如图110所示，两根平行金属导轨相距l0.50 m，倾角53，导轨上端串接一个R0.05 的电阻在导轨间长d0.56 m的区域内，存在方向垂直导轨平面向下的匀强磁场，磁感应强度B2.0 T质量m4.0 kg的金属棒CD水平置于导轨上，用绝缘绳索通过定滑轮与拉杆GH相连CD棒的初始位置与磁场区域的下边界相距s0.24 m一位健身者用恒力F80 N拉动GH杆，CD棒由静止开始运动，上升过程中CD棒始终保持与导轨垂直当CD棒到达磁场上边界时健身者松手，触发恢复装置使CD棒回到初始位置(重力加速度g取10 m/s2，sin 530.8，不计其他电阻、摩擦力以及拉杆和绳索的质量)求：(1)CD棒进入磁场时速度v的大小；(2)CD棒进入磁场时所受的安培力FA的大小；(3)在拉升CD棒的过程中，健身者所做的功W和电阻产生的焦耳热Q.图110【答案】(1)2.4 m/s(2)48 N(3)64 J26.88 J【变式探究】半径分别为r和2r的同心圆形导轨固定在同一水平面内，一长为r、质量为m且质量分布均匀的直导体棒AB置于圆导轨上面，BA的延长线通过圆导轨中心O，装置的俯视图如图所示整个装置位于一匀强磁场中，磁感应强度的大小为B，方向竖直向下在内圆导轨的C点和外圆导轨的D点之间接有一阻值为R的电阻(图中未画出)直导体棒在水平外力作用下以角速度绕O逆时针匀速转动，在转动过程中始终与导轨保持良好接触设导体棒与导轨之间的动摩擦因数为，导体棒和导轨的电阻均可忽略重力加速度大小为g.求：(1)通过电阻R的感应电流的方向和大小；(2)外力的功率【解析】根据右手定则、法拉第电磁感应定律、闭合电路欧姆定律及能量守恒定律解题【答案】(1)方向为CD大小为(2)【特别提醒】(1)掌握导体棒扇