[高二理化生]物理学科内综合ppt课件

1、所谓物理学科内综合题，指的是物理条件比较所谓物理学科内综合题，指的是物理条件比较隐蔽，物理过程比较复杂，涉及到的知识内容隐蔽，物理过程比较复杂，涉及到的知识内容较多的一类试题。分析这类试题时，应从以下较多的一类试题。分析这类试题时，应从以下几个方面入手。几个方面入手。1 1仔细弄清标题所给的条件，特别是隐含仔细弄清标题所给的条件，特别是隐含条件，必要时可经过列式计算和反复推实际证条件，必要时可经过列式计算和反复推实际证后再确定。后再确定。 2 2按照题设物理过程开展变化的时间顺按照题设物理过程开展变化的时间顺序或空间顺序，把一个复杂的物理过程分解序或空间顺序，把一个复杂的物理过程分解成假设干个

2、简单的过程来处置。分析时要特成假设干个简单的过程来处置。分析时要特别留意那些承上启下的临界点和临界值。别留意那些承上启下的临界点和临界值。 3 3普通来讲，物理学科内综合，除物理普通来讲，物理学科内综合，除物理过程复杂外，涉及到的研讨对象较多，能够过程复杂外，涉及到的研讨对象较多，能够运用的物理规律也不少。因此，在分析时，运用的物理规律也不少。因此，在分析时，在研讨对象或研讨过程的选取、思索角度确在研讨对象或研讨过程的选取、思索角度确实定如：是从力和运动的角度思索还是从实定如：是从力和运动的角度思索还是从功和能的角度思索等、物理规律的选择等功和能的角度思索等、物理规律的选择等方面，都要反复思索

3、，仔细琢磨，择优选用。方面，都要反复思索，仔细琢磨，择优选用。 【例【例1 1】在原子核物理中，研讨核子与核子关】在原子核物理中，研讨核子与核子关联的最有效途径是联的最有效途径是“双电荷交换反响。这类双电荷交换反响。这类反响的前半部分过程和下述力学模型类似：两反响的前半部分过程和下述力学模型类似：两个小球个小球A A和和B B用轻质弹簧相连，在光滑的程度直用轻质弹簧相连，在光滑的程度直轨道上处于静止形状。在它的左边有一垂直于轨道上处于静止形状。在它的左边有一垂直于轨道的固定挡板轨道的固定挡板P P，右边有一小球，右边有一小球C C沿轨道以速沿轨道以速度度v0v0射向射向B B球，如下图。球，如

4、下图。 C与B发生碰撞并立刻粘结成一个整体D。在它们继续向左运动的过程中，当弹簧长度变到最短时，长度忽然被锁定，不再改动。然后，A球与挡板P发生碰撞，碰后A、D都静止不动，A与P接触而不粘连。过一段时间，忽然解除锁定锁定与解除锁定均无机械能损失。知A、B、C三球的质量均为m。1求弹簧长度刚被锁定后A球的速度；2求在球分开挡板之后的运动过程中，弹簧的最大弹性势能。 【析与解】【析与解】1 1设设C C球与球与B B 球粘结成球粘结成D D时，时，D D的速度为的速度为v1v1，由动量守恒定律，有，由动量守恒定律，有 10)(vmmmv 当弹簧压至最短时，当弹簧压至最短时，D D与与A A的速度相

5、等，设此的速度相等，设此速度为速度为v2v2，由动量守恒定律，有，由动量守恒定律，有 2132mvmv 由、两式得由、两式得A A的速度的速度 0231vv 2 2设弹簧长度被锁定后，储存在弹簧中的设弹簧长度被锁定后，储存在弹簧中的势能为势能为 ，由能量守恒定律，有，由能量守恒定律，有 pEpEvmvm2221321221 撞击撞击P P后，后， A A与与D D的动能都为零。解除锁定后，的动能都为零。解除锁定后，当弹簧刚恢复到自然长度时，势能全部转变当弹簧刚恢复到自然长度时，势能全部转变成成D D的动能，设的动能，设D D的速度为的速度为v3v3，那么有，那么有 23221vmEp 以后弹簧

6、伸长，以后弹簧伸长，A A球分开挡板球分开挡板P P，并获得速度。，并获得速度。当当A A、D D的速度相等时，弹簧伸至最长。设此时的速度相等时，弹簧伸至最长。设此时的速度为的速度为v4v4，由动量守恒定律，有，由动量守恒定律，有4332mvmv 当弹簧伸到最长时，其势能最大，设此时势当弹簧伸到最长时，其势能最大，设此时势能为能为 ，由能量守恒定律，有，由能量守恒定律，有 pEpEvmvm2423321221 解以上各式，得解以上各式，得 20361mvEp【例【例2 2】图】图a a是一气枪的原理图。是一气枪的原理图。A A是枪管，是枪管，长长l1l120cm20cm有效长度，内径有效长度，

7、内径d1d14mm4mm；B B是是气缸，气缸，C C是活塞，是活塞，K K是阀门控制紧缩空气通往是阀门控制紧缩空气通往枪管后气室。枪管后气室。活塞封锁气缸内的空气体积活塞封锁气缸内的空气体积V1V1340cm3340cm3，气，气缸内径缸内径d2d26cm6cm，温度，温度t t2727室温，压室温，压强强p0p01.01.0105Pa105Pa等于外界大气压强。枪等于外界大气压强。枪管内子弹的质量管内子弹的质量m m0.8g0.8g。 1 1外力缓慢推进活塞将空气紧外力缓慢推进活塞将空气紧缩为原来的非常之一，假设活塞气缸间的摩缩为原来的非常之一，假设活塞气缸间的摩擦不计，图擦不计，图b b

8、是紧缩空气的等温图像，从是紧缩空气的等温图像，从图像估算出外力对空气所作的功图像估算出外力对空气所作的功W W？2 2翻开阀门，在紧缩空气推进下，子弹射出翻开阀门，在紧缩空气推进下，子弹射出枪膛，假设子弹与枪管间的摩擦不计，在取两枪膛，假设子弹与枪管间的摩擦不计，在取两位有效数字的条件下，子弹出枪口的速度位有效数字的条件下，子弹出枪口的速度v v？ 3 3每射出一发子弹，系统做功的效率每射出一发子弹，系统做功的效率 ？【析与解】【析与解】1 1由于外力缓慢推进活塞做功，由于外力缓慢推进活塞做功，故气缸内空气的变化过程是等温变化。曲线故气缸内空气的变化过程是等温变化。曲线下面的面积就是外力所作的

9、功下面的面积就是外力所作的功W W， PVLPSLFW4 . 31034100 . 165WJ 根据坐标，每一个小方块所代表的功为根据坐标，每一个小方块所代表的功为曲线下面的方块数约曲线下面的方块数约2323块，所以外力对空块，所以外力对空气所作的功为气所作的功为78234 . 31WJ 2 2紧缩空气对子弹所作的功，由于枪管容紧缩空气对子弹所作的功，由于枪管容积约积约5 . 22 . 02021SlVcm3 约是紧缩空气体积约是紧缩空气体积 的的7 7，故，故可忽略不计，以等压膨胀处置，紧缩空气可忽略不计，以等压膨胀处置，紧缩空气对子弹所作的功对子弹所作的功 122SlPW 紧缩空气的压强可

10、由玻意耳定律求出紧缩空气的压强可由玻意耳定律求出 2102VVPP 34(2V)cm3解、两式，得解、两式，得 652100 . 110100 . 1PPa 5 . 22 . 0002. 0100 . 1262WJ 根据动能定理，有根据动能定理，有 2221mvW 所以所以 79108 . 05 . 22232mWvm/s 3 10012WW 100785 . 23.2 温度温度t1t12727、质量、质量m m7.15g7.15g的氧气。活塞面积的氧气。活塞面积S S100cm2100cm2，活塞及其上面重物的质量活塞及其上面重物的质量M M100kg100kg，活塞与气缸之间不漏气。，活塞

11、与气缸之间不漏气。经过电阻经过电阻R R3W3W的电热丝给的电热丝给【例【例3 3】如下图，竖直放置的气缸内封锁着】如下图，竖直放置的气缸内封锁着气缸内的氧气加热，加热电源的电动势气缸内的氧气加热，加热电源的电动势e e12V12V，内电阻，内电阻r r1W 1W 。当通电时间当通电时间t t49s49s，且电热丝发出的热量只，且电热丝发出的热量只需需5050被氧气吸收。求活塞上升过程中做了被氧气吸收。求活塞上升过程中做了多少功。知：氧气在压强不变时的比热多少功。知：氧气在压强不变时的比热cpcp0.920.92103J/103J/kg kg ，且大气压强取，且大气压强取1.01.0105Pa

12、105Pa，g g取取10m/s210m/s2 【析与解】根据闭合电路欧姆定律，电热丝中的电流I为 31312rRIA 电热丝在电热丝在t t49s49s内发出的热量内发出的热量Q Q为为 1323493322RIQJ 7.15g氧气温度升高，由 得tmcQp5 . 06 .1001015. 71092. 021323233mcQtp 根据根据1mol1mol氧气在规范情况下的体积氧气在规范情况下的体积V0V022.4L22.4L，得得m m7.15g7.15g氧气在规范情况下的体积氧气在规范情况下的体积 为为54 .223215. 73215. 700VVL 以以7.15g7.15g的氧气为

13、研讨对象，它在规范情况下的氧气为研讨对象，它在规范情况下的体积的体积 5L5L，7.15g7.15g氧气在压强氧气在压强 0VSMgPP01545100 . 21010010100100 . 1Pa， 温度温度300272731TK时的体积为V1，0V根据理想气体形状方程，有根据理想气体形状方程，有000111TVPTVP所以所以 000111TVPPTV2735100 . 1100 . 23005575. 2L 即即 V1 V1 cm3 cm3 2750这时活塞离缸底的间隔这时活塞离缸底的间隔L1L1为为 5 .27100275011SVL(cm) 同理，同理，7.15g7.15g氧气在压强

14、氧气在压强P2P2P1P12.02.0105Pa105Pa、温度温度 K K时的体积时的体积V2V2为为 6 .40012tTT000222TVPPTV2735100 . 1100 . 26 .4005567. 3(L) 即即 V2 V2 cm3 cm3 3670这时活塞离缸底的间隔这时活塞离缸底的间隔L2L2为为 7 .36100367022SVL(cm) 根据功的定义，那么活塞上升过程中所做的根据功的定义，那么活塞上升过程中所做的功功W W为为 )(121LLSPW24510)5 .277 .36(10100100 . 2184J 【例【例4 4】静止在太空中的飞行器上有一种安装，】静止在

15、太空中的飞行器上有一种安装，它利用电场加速带电粒子，构成向外发射的它利用电场加速带电粒子，构成向外发射的粒子流，从而对飞行器产生反冲力，使其获粒子流，从而对飞行器产生反冲力，使其获得加速度。知飞行器的质量为得加速度。知飞行器的质量为M M，发射的是，发射的是2 2价氧离子，发射功率为价氧离子，发射功率为P P，加速电压为，加速电压为U U，每，每个氧离子的质量为个氧离子的质量为m m，单位电荷的电量为，单位电荷的电量为e e，不计发射氧离子后飞行器质量的变化，求：不计发射氧离子后飞行器质量的变化，求：1 1射出的氧离子速度；射出的氧离子速度；2 2每秒钟射出每秒钟射出的氧离子数；的氧离子数；3

16、 3射出氧离子后飞行器开场射出氧离子后飞行器开场运动的加速度。运动的加速度。 【析与解】【析与解】1 1以氧离子为研讨对象，根据以氧离子为研讨对象，根据动能定理，有动能定理，有 qUmvEk221所以，氧离子速度为所以，氧离子速度为 meUv2设每秒钟射出的氧离子数为设每秒钟射出的氧离子数为N N，那么发射功，那么发射功率可表示为率可表示为 NeUENPk2所以，氧离子数为所以，氧离子数为 eUPN23 3以氧离子和飞行器为系统，设飞行器的以氧离子和飞行器为系统，设飞行器的反冲速度为反冲速度为 ，根据动量守恒定律，有，根据动量守恒定律，有v0vMmvvMtmvN即即所以，飞行器的加速度为所以，

17、飞行器的加速度为 eUmMPMNmvtva【例【例5 5】氢原子的半径为】氢原子的半径为r r，电子的电量为，电子的电量为e e、质量为质量为m m。现加上磁感强度为。现加上磁感强度为B B的外匀强磁场，的外匀强磁场，其方向垂直于氢原子中电子运动的轨道平面。其方向垂直于氢原子中电子运动的轨道平面。假设电子运动的轨道半径不变，而频率有微假设电子运动的轨道半径不变，而频率有微小变化，求：小变化，求：1 1频率的改动量；频率的改动量；2 2在什么情况下，在什么情况下， 0 0，在什么情况下，在什么情况下， 0 0。【析与解】【析与解】1 1未加磁场时，依圆运动条件，未加磁场时，依圆运动条件，有有 r

18、mrek222 为圆运动角速度为圆运动角速度 假设加上磁感强度为假设加上磁感强度为B B的的外磁场，且磁场方向与外磁场，且磁场方向与电子运动轨道平面垂直，电子运动轨道平面垂直，如下图，如下图， 那么洛伦兹力与库仑力的方向一样，这时角那么洛伦兹力与库仑力的方向一样，这时角速度为速度为 ，有，有rmreBrek222 将式代入式，得将式代入式，得 Bem)(22 由于频率仅有微小变化，故角速度也只需由于频率仅有微小变化，故角速度也只需微小变化，微小变化， 与与 相差甚小，可作适当的相差甚小，可作适当的近似计算。近似计算。 故故 )(222用用 表示表示 故式可化为故式可化为 meB2圆运动的频率圆

19、运动的频率 22故故 meB422 2当磁场方向如下图时，加磁场后电子当磁场方向如下图时，加磁场后电子圆运动频率增大，圆运动频率增大， 0 0；当磁场方向与图；当磁场方向与图中相反时，加磁场后电子圆运动的频率变小，中相反时，加磁场后电子圆运动的频率变小， 0 0。【例【例6 6】如下图，矩形管长为】如下图，矩形管长为l l，宽为，宽为d d，高为，高为h h。上下两平面是绝缘体，相距为上下两平面是绝缘体，相距为d d的两侧面是导的两侧面是导体，并用粗导线体，并用粗导线M M、N N相连。令电阻率为相连。令电阻率为 的水银充溢管口，源源不断地流向该矩形的水银充溢管口，源源不断地流向该矩形管。知水

20、银匀速经过管子的速度与管子两端管。知水银匀速经过管子的速度与管子两端 的压强差成正比，且当管两的压强差成正比，且当管两端压强差为端压强差为p p时，水银流速时，水银流速为为v0v0。今在矩形管所在区域。今在矩形管所在区域加一个与管子的上下平面垂加一个与管子的上下平面垂直的匀强磁场，磁感强度为直的匀强磁场，磁感强度为B B图中未画出，图中未画出，求稳定后水银在管中的流速。求稳定后水银在管中的流速。 【析与解】由题意知，水银匀速经过管子的【析与解】由题意知，水银匀速经过管子的速度与管两端压强差成正比，即速度与管两端压强差成正比，即vpvp，写成，写成等式为等式为 pkv且知管两端压强差为且知管两端

21、压强差为p p时，水银流速为时，水银流速为v0v0，故故 kpv 0那么普通关系式为那么普通关系式为 ppvv0设磁场方向竖直向下，作出俯视图如下图。设磁场方向竖直向下，作出俯视图如下图。设微元柱体的带电量为设微元柱体的带电量为q q，那么此微元柱体匀，那么此微元柱体匀速经过管中时，有速经过管中时，有 qEqvB 电路中电源电动势为电路中电源电动势为 vBdEd M N回路中的电流强度为 BvlhlhdvBdRI/根据安培力公式根据安培力公式 ，此电流遭到的安培，此电流遭到的安培力为力为 IlBF vdlhBdBBvlhF2安培力所产生的附加压强为安培力所产生的附加压强为 vlBhdvdlhB

22、hdFpA22管子两端新的压强差为管子两端新的压强差为 vlBppppA2将上式代入将上式代入 中，整理得中，整理得 ppvv0002vlvBppv【例【例7 7】有一种磁性加热安装，其关键部分由】有一种磁性加热安装，其关键部分由焊接在两个等大的金属圆环上的焊接在两个等大的金属圆环上的n n根间距相等根间距相等的平行金属条组成，构成的平行金属条组成，构成“鼠笼状，如下图。鼠笼状，如下图。每根金属条的长度为每根金属条的长度为l,l,电阻为电阻为R R，金属环的直，金属环的直径为径为D D，电阻不计。图，电阻不计。图中虚线所示的空间范围中虚线所示的空间范围内存在着磁感强度为内存在着磁感强度为的匀强

23、磁场，磁场的宽的匀强磁场，磁场的宽度恰好等于度恰好等于“鼠笼金鼠笼金属属条的间距，当金属环以角速度条的间距，当金属环以角速度 绕过两圆环绕过两圆环B的圆心的轴的圆心的轴 旋转时，一直有一根金属条旋转时，一直有一根金属条在垂直切割磁感线。在垂直切割磁感线。“鼠笼的转动由一台电鼠笼的转动由一台电动机带动，这套设备的效率为动机带动，这套设备的效率为 ，求电动机，求电动机输出的机械功率。输出的机械功率。 OO 【析与解】处于磁场中的金属条切割磁感线【析与解】处于磁场中的金属条切割磁感线的线速度为的线速度为 2Dv 产生的感应电动势为产生的感应电动势为 BlDBlv2经过切割磁感线的金属条的电流为经过切

24、割磁感线的金属条的电流为 nRDBlnnRRI2) 1(1磁场中导体遭到的安培力为磁场中导体遭到的安培力为 IlBF 抑制安培力做功的功率为抑制安培力做功的功率为 DFFvPA21电动机输出的机械功率为电动机输出的机械功率为 APP 联立以上各式解出联立以上各式解出 RnDlBnP4) 1(2222【例【例8 8】在天文学上，太阳的半径、体积、质】在天文学上，太阳的半径、体积、质量、密度等都是常用的物理量，利用小孔成像量、密度等都是常用的物理量，利用小孔成像原理和万有引力定律相结合，可以简约地估算原理和万有引力定律相结合，可以简约地估算出太阳的密度。假设地球上某处对太阳的张角出太阳的密度。假设

25、地球上某处对太阳的张角为为 如下图，地球绕太阳公转的周期为如下图，地球绕太阳公转的周期为T T， 太阳的密度为太阳的密度为 ，半径为，半径为R R，质量为，质量为M M，该处距，该处距太阳中心的间隔为太阳中心的间隔为r r，由于，由于R R和和r r间存在着三角间存在着三角关系，地球上该处物体绕太阳公转由万有引力关系，地球上该处物体绕太阳公转由万有引力提供向心力，因此，在提供向心力，因此，在 知的情况下，可方便知的情况下，可方便地估算出太阳的密度。地估算出太阳的密度。 取一个长取一个长l l为为80cm80cm的圆筒，在其一端封上厚的圆筒，在其一端封上厚纸，中间扎直径为纸，中间扎直径为1mm1

26、mm的圆孔，另一端封上一的圆孔，另一端封上一张画有同心圆的薄白纸，相邻的同心圆的半径张画有同心圆的薄白纸，相邻的同心圆的半径相差相差0.5mm0.5mm，当作丈量尺度。把小孔对着太阳，当作丈量尺度。把小孔对着太阳， 筒壁与光线平行，另一端的薄白纸上可以看筒壁与光线平行，另一端的薄白纸上可以看到一个圆光斑，这就是太阳的实像，光斑的到一个圆光斑，这就是太阳的实像，光斑的半径为半径为r0r03.7mm3.7mm。为了使察看效果明显，可。为了使察看效果明显，可在圆筒的观测端蒙上遮光布，构成暗室。在圆筒的观测端蒙上遮光布，构成暗室。 利用小孔成像原理和万有引力定律，估利用小孔成像原理和万有引力定律，估算

27、太阳的密度算太阳的密度G G Nm2/kg2Nm2/kg2。 111067. 6【析与解】设太阳的平均密度为【析与解】设太阳的平均密度为 ，半径为，半径为R R，日地间隔为日地间隔为r r，太阳质量为，太阳质量为M M，地球质量为，地球质量为m m。 由万有引力定律提供向心力，得由万有引力定律提供向心力，得 rTmrmMG22)2(T T为地球绕日公转周期为地球绕日公转周期 太阳的体积太阳的体积 334RV又又 VM 由式可得由式可得 32)(3RrGT 由图可知由图可知 lrrR022sin 由由 式得式得302)(3rlGT代入有关数据可得代入有关数据可得 3104 . 1kg/m3 【例

28、【例9】太阳现正处于主序星演化阶段。它主】太阳现正处于主序星演化阶段。它主要是由电子和要是由电子和 、 等原子核组成。维持太阳辐等原子核组成。维持太阳辐射的是它内部的核聚变反响，核反响方程式是射的是它内部的核聚变反响，核反响方程式是 释放的核能，这些核能最后转化为辐射能。根释放的核能，这些核能最后转化为辐射能。根据目前关于恒星演化的实际，假设由于核聚变据目前关于恒星演化的实际，假设由于核聚变反响而使太阳中的反响而使太阳中的 核数目从现有数减少核数目从现有数减少10，太阳将分开主序星阶段而转入红巨星的演化阶太阳将分开主序星阶段而转入红巨星的演化阶段。为了简化，假定目前太阳全部由电子和段。为了简化

29、，假定目前太阳全部由电子和 核组成。核组成。H11He42HeH4e24211H11H11 1 1为了研讨太阳演化进程，需知道目前太为了研讨太阳演化进程，需知道目前太阳的质量阳的质量M M，知地球半径，知地球半径R R6.46.4106m106m，地球质，地球质量量m m6.06.01024kg1024kg，日地中心的间隔，日地中心的间隔r r1.51.51011m1011m，地球外表处的重力加速度，地球外表处的重力加速度g g10m/s210m/s2，1 1年约为年约为3.23.2107107秒。试估算目前太阳秒。试估算目前太阳的质量的质量M M。 2 2知质子质量知质子质量mpmp1.67

30、261.67261027kg1027kg， 质量质量mama6.64586.64581027kg1027kg，电子质量，电子质量meme0.90.91030kg1030kg，光速，光速c c3.03.0108m/s108m/s。求每发。求每发生一次题中所述的核聚变反响所释放的核能。生一次题中所述的核聚变反响所释放的核能。 He42 3 3又知地球上与太阳光垂直的每平方米又知地球上与太阳光垂直的每平方米截面上，每秒经过的太阳辐射能截面上，每秒经过的太阳辐射能w w1.351.35103 103 W/m2W/m2。试估算太阳继续坚持在主序星阶段还。试估算太阳继续坚持在主序星阶段还有多少年的寿命。有

31、多少年的寿命。 估算结果只需求一位有效数字估算结果只需求一位有效数字【析与解】【析与解】 1估算太阳的质量估算太阳的质量M 设设T为地球绕日心运动的周期，那么由万有引为地球绕日心运动的周期，那么由万有引力定律和牛顿定律可知力定律和牛顿定律可知 rTmrmMG22)2(根据万有引力定律，在地球外表附近有根据万有引力定律，在地球外表附近有 mgRmMG2由上述两式解得由上述两式解得 gRrTmM232)2(以题给数据代入，得以题给数据代入，得 M M2 21030kg 1030kg 2 2根据质量亏损和质能公式，该核反响每发根据质量亏损和质能公式，该核反响每发生一次释放的核能为生一次释放的核能为 2)24(cmmmEep代入数值，解得代入数值，解得 J J 12102 . 4E3 3根据题给假设，在太阳继续坚持在主序星根据题给假设，在太阳继续坚持在主序星阶段的时间内，发生题中所述的核聚变反响的次阶段的时间内，发生题中所述的核聚变反响的次数为数为 104pmMN 因此，太阳共辐射出的能量为因此，太阳共辐射出