物理学思想-物理模型构建学生版

1、物理学思想物理模型构建物理学思想物理模型构建13/13物理模型构建物理模型构建知识体系知识体系定义理想化模型就是为便于对实际物理问题进行研究而建立的高度抽象的理想客体。基本程序（1）通过审题，摄取题目信息.如：物理现象、物理事实、物理情景、物理状态、物 理过程等.（2）弄清题给信息的诸因素中什么是起主要因素.（3）在寻找与已有信息（某种知识、方法、模型）的相似、相近或联系，通过类比联 想或抽象概括，或逻辑推理，或原型启发，建立起新的物理模型，将新情景问题 “难题”转化为常规命题.（4）选择相关的物理规律求解.应用人船模型、碰撞模型、运动模型、管道模型、轨道一导棒模型、弹簧模型人船模型人船模型定

2、义由人和船两个物体构成的系统，该系统在人和船相互作用下各自运动，运动过程中该系统所受到的合外力为零，即人和船组成的系统在运动过程中总动量守恒。应用当系统的动量守恒时，任意一段时间内的平均动量也守恒；当系统的动量守恒时，系统的质心保持原来的静止或匀速直线运动状态不变。经典例题经典例题l2 l1质量为m的人站在质量为l2 l1质量为M的气球下系一质量可忽略的足够长的绳子，绳子上距地面H高处有一质量为m的猴子。开始时气球和猴子均静止在空中，猴子从某时刻开始沿绳子缓慢下滑，要它恰能滑到地面，开始下滑时，它下面的绳子至少应为多长？ 在足够长的光滑固定水平杆上，套有一个质量为的光滑圆环。一根长为的轻绳，一

3、端拴在环上，另一端系着一个质量为的木块，如图所示。现有一质量为的子弹以的水平速度射入木块，子弹穿出木块时的速度为，子弹与木块作用的时间极短，取g = 10 m/s2。求：（1）当子弹射穿木块时，轻绳的拉力大小；（2）当子弹射穿木块后，木块向右摆动的最大高度；（3）当木块第一次返回到最低点时，木块的速度大小。碰撞模型碰撞模型定义碰撞是指极短时间内通过相互作用，动量发生显著变化的过程。碰撞过程可划分为两个阶段：压缩阶段和恢复阶段没有恢复阶段的，就是完全非弹性碰撞；局部恢复的是非弹性碰撞；全部恢复的是弹性碰撞在弹性正碰中，碰撞前后系统的总动能保持不变，满足动量守恒和动能守恒；非弹性碰撞过程中，动量是

4、守恒的，但系统的动能有损失；完全非弹性碰撞指碰撞后物体粘在一起，以共同速度运动，在碰后的各种可能运动里，这种情况系统的动能损失最大应用完全弹性碰撞，完全非弹性碰撞经典例题经典例题三质量为M的楔形物块上有圆弧轨道，静止在水平面上。质量为m的小球以速度v1向物块运动。不计一切摩擦，圆弧小于90且足够长。求小球能上升到的最大高度H 和物块的最终速度v。如在光滑的水平面上有三个完全相同的小球排成一条直线，其中2、3小球静止，并靠在一起。而1小球以速度v0朝它们运动，如图所示，设碰撞中没有损失机械能，则碰后三小球的速度的可能值是 V0 1 2 3 A.v1v2v3 V0 1 2 3 B.v10, v2v

5、3 C.v1v0/3, v2v3 D.v1v20, v3v0如在真空中，一个原来静止的U发生衰变后变成一个Th并放出一个动能为E1的粒子，写出衰变的核反应方程；如衰变时产生的能量全部以动能的形式释放，真空中的光速为c，原子核的质量之比等于质量数之比，求衰变过程中总的质量亏损如图所示,在光滑的水平面上静止着两小车A和B，在A车上固定着强磁铁，总质量为5 kg,B车上固定着一个闭合的螺线管.B车的总质量为10 kg.现给B车一个水平向左向左的100 Ns瞬间冲量，若两车在运动过程中不发生直接碰撞，则相互作用过程中产生的热能是多少？两块大小不同的圆形薄板（厚度不计），质量分别为M和m（M2m）半径分

6、别为R和r，两板之间用一根长为L0.4m的轻绳相连结，开始时，两板水平叠放在支架C上方高h0.2m处，如图所示，以后两板一起下落，支架上有一个半径 的圆孔，两板中心与圆孔中心在同一竖直线上，大圆板碰到支架后跳起，机械能无损失，小圆板穿过圆孔，两板分离，试求当细绳绷紧瞬间两板的速度（ ）质量为m的子弹以一定的速度水平打入质量为M的静止木块，且知木块与地面间的接触是光滑的，子弹打入木块后与木块一起运动木块前进1cm子弹深入木块3cm则子弹的质量与木块的质量之比为m：M是多少？运动模型运动模型定义结合直线运动之间整合，曲线运动与直线运动整合等，围绕着运动的同时性、独立性而进行的物理运动学求解方法。应

7、用1.匀速直线运动与匀速直线运动组合2.匀速直线运动与匀速圆周运动组合3.匀加速直线运动与匀加速运动组合4.匀速圆周运动与匀速圆周运动组合5.匀速圆周运动与平抛运动组合经典例题经典例题人从一定高度落地容易造成骨折，一般成人胫骨的极限抗压力强度约为1.5107 N/m2，胫骨的最小横截面积一般为3.2 cm2.假若一质量为50 kg的人从一定高度双足落地，落地时下蹲其重心又下降15 cm，试计算这个高度超过多大时，就会导致胫骨骨折.如某原子电离后其核外只有一个电子，若该电子在核的静电力作用下绕核做匀速圆周运动，那么电子运动（ ）A半径越大，加速度越大B半径越小，周期越大C半径越大，角速度越小D半

8、径越小，线速度越小原地走跳时，先屈腿下蹲，然后突然蹬地从开始蹬地到离地是加速过程（视为匀加速），加速过程中重心上升的距离称为“加速距离”离地后重心继续上升，在此过程中重心上升的最大距离称为“竖直高度”现有下列数据：人原地上跳的“加速距离”，“竖直高度”；跳蚤原地上跳的“加速距离”，竖直高度假想人具有与跳蚤相等的起跳加速度，而“加速距离”仍为，则人上跳的“竖直高度”是多少？质2004年1月25日，继“勇气”号之后，“机遇”号火星探测器再次成功登陆火星.在人类成功登陆火星之前，人类为了探测距离地球大约的月球，也发射了一种类似四轮小车的月球探测器.它能够在自动导航系统的控制下行走，且每隔向地球发射一

9、次信号.探测器上还装着两个相同的减速器（其中一个是备用的），这种减速器可提供的最大加速度为.某次探测器的自动导航系统出现故障，从而使探测器只能匀速前进而不再能自动避开障碍物.此时地球上的科学家必须对探测器进行人工遥控操作.下表为控制中心的显示屏的数据：收到信号时间收到信号时间 与前方障碍物距离（单位：m）9：1020 529：1030 32发射信号时间 给减速器设定的加速度（单位：m/s2）9：1033 2收到信号时间 与前方障碍物距离（单位：m）9：1040 12已知控制中心的信号发射与接收设备工作速度极快.科学家每次分析数据并输入命令最少需要3s.问：（1）经过数据分析，你认为减速器是否执

10、行了减速命令？（2）假如你是控制中心的工作人员，应采取怎样的措施？加速度需满足什么条件？请说明.一路灯距地面的高度为h，身高为的人以速度v匀速行走，如图所示。（1）试证明人的头顶的影子作匀速运动；（2）求人影的长度随时间的变化率。如图5是某种静电分选器的原理示意图。两个竖直放置的平行金属板带有等量异号电荷，形成匀强电场，分选器漏斗的出口与两板上端处于同一高度，到两板距离相等。混合在一起的a、b两种颗粒从漏斗出口下落时，a种颗粒带上正电，b种颗粒带上负电。经分选电场后，a、b两种颗粒分别落到水平传送带A、B上。已知两板间距d=0.1m，板的度，电场仅局限在平行板之间；各颗粒所带电量大小与其质量

11、之比均为。设颗粒进入电场时的初速度为零，分选过程中颗粒大小及颗粒间的相互作 用力不计。要求两种颗粒离开电场区域时，不接触到极板但有最大偏转量。重力加速度g取。 （1）左右两板各带何种电荷？两极板间的电压多大？ （2）若两带电平行板的下端距传送带A、B的高度H=0.3m，颗粒落至传送带时的速度大小是多少？ （3）设颗粒每次与传送带碰撞反弹时，沿竖直方向的速度大小为碰撞前竖直方向速度大小的一半。写 出颗粒第n次碰撞反弹高度的表达式。并求出经过多少次碰撞，颗粒反弹的高度小于0.01m。管道模型管道模型定义利用磁场和导电流体中电流的相互作用，使流体受电磁力作用而产生压力梯度，从而推动流体运动的一种装置

12、。应用速度选择器、磁流体发电机、电磁泵、霍尔效应经典例题经典例题如图在原子反应堆中抽动液态金属或在医疗器械中抽动血液等导电液体时，由于不允许传动的机械部分与这些液体相接触，常使用一种电磁泵，图所示为这种电磁泵的结构.将导管放在磁场中，当电流通过导电液体时，这种液体即被驱动.如果导管中截面面积为ah，磁场的宽度为L，磁感应强度为B，液体穿过磁场区域的电流强度为I求驱动力造成的压强差为多少？如图所示，一块宽为a、厚为h的金属导体放在磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向与金属导体上下表面垂直.若金属导体中通有电流强度为I、方向自左向右的电流时，金属导体前后两表面会形成一个电势差，已知金属导体单位长度

13、中的自由电子数目为n，问：金属导体前后表面哪一面电势高？电势差为多少？电磁泵是应用磁力来输送导电液体（如液态金属、血液等）的装置，它不需要机械活动组件.图是电磁泵输送导电液体原理的示意图，绝缘管道的横截面为边长a=0.3 cm的正方形，导电液体在管中缓缓流动，在管道中取长为L=2.00 cm的部分，将它的上下管壁做成可以导电的导体，通以电流I，并在垂直于管道和电流的方向加一个横向磁场，磁感应强度为B=1.50 T.要在管道中产生4.0103 Pa的压强，推动导电液体流动，电流强度I应为多少？正方体密闭容器中有大量运动粒子，每个粒子质量为m，单位体积内粒子数量n为恒量，为简化问题，我们假定:粒子

14、大小可以忽略，其速率均为v,且与器壁各面碰撞的机会均等，与器壁碰撞前后瞬间，粒子速度方向都与器壁垂直，且速率不变，利用所学力学知识，导出容器壁单位面积所受粒子压力f与m,n,和v的关系.轨道一导棒模型 轨道一导棒模型定义利用电磁感应导体棒切割磁场，将其变换物理模型，使陌生的物理模型与熟悉的物理模型相比较，分析异同并从中挖掘其内在联系，从而建立起熟悉模型与未知现象之间相互关系的一种特殊解题方法。巧妙地运用“类同”变换，“类似”变换，“类异”变换，可使复杂、陌生、抽象的问题变成简单、熟悉、具体的题型，从而使问题大为简化。应用1.双轨道单导棒2.双轨道-双导棒3.“双电源”问题4.单导体棒切割磁感线

15、与磁场变化引起的双电源问题经典例题经典例题有一种磁性加热装置，其关键部分由焊接在两个等大的金属圆环上的n根间距相等的平行金属条组成，成“鼠笼”状，如图30-7所示.每根金属条的长度为l，电阻为R，金属环的直径为D、电阻不计.图中虚线表示的空间范围内存在着磁感应强度为B的匀强磁场，磁场的宽度恰好等于“鼠笼”金属条的间距，当金属环以角速度绕过两圆环的圆心的轴OO旋转时，始终有一根金属条在垂直切割磁感线.“鼠笼”的转动由一台电动机带动，这套设备的效率为，求电动机输出的机械功率.如图甲所示，MN、PQ是固定于同一水平面内相互平行的粗糙长直导轨，间距L=2.0m，R是连在导轨一端的电阻，质量m=1.0k

16、g的导体棒ab垂直跨在导轨上，电压传感器与这部分装置相连。导轨所在空间有磁感应强度B=0.50T、方向竖直向下的匀强磁场。从t=0开始对导体棒ab施加一个水平向左的拉力，使其由静止开始沿导轨向左运动，电压传感器测出R两端的电压随时间变化的图线如图乙所示，其中OA、BC段是直线，AB段是曲线。假设在1.2s以后拉力的功率P=4.5W保持不变。导轨和导体棒ab的电阻均可忽略不计，导体棒ab在运动过程中始终与导轨垂直，且接触良好。不计电压传感器对电路的影响。g取10m/s2。求：（1）导体棒ab最大速度vm的大小；（2）在1.2s2.4s的时间内，该装置总共产生的热量Q；（3）导体棒ab与导轨间的动

17、摩擦因数和电阻R的值。如图所示，金属杆a在离地h高处从静止开始沿弧形轨道下滑，导轨平行的水平部分有竖直向上的匀强磁场B，水平部分导轨上原来放有一金属杆b.已知杆的质量为ma，且与b杆的质量比为mamb=3，水平导轨足够长，不计摩擦，求：（1）a和b的最终速度分别是多大？（2）整个过程中回路释放的电能是多少？（3）若已知a、b杆的电阻之比RaRb=34，其余电阻不计，整个过程中a、b上产生的热量分别是多少？弹簧模型 弹簧模型定义由弹簧自身的弹力特点而导致弹簧的弹力、加速度或者能量之间的变化的模型。应用1.平衡类问题2.突变类问题3. 碰撞型弹簧问题4.机械能守恒型弹簧问题5.简谐运动型弹簧问题6.综合类弹簧问题经典例题经典例题如图所示，一质量为m的小球系于长度分别为l1、l2的两根细线上，l1的一端悬挂在天花板上，与竖直方向夹角为，l2水平拉直，小球处于平衡状态。现将l2线剪断，求剪断瞬时小球的加速度。若将图3中的细线l1改为长度相同、质量不计的轻弹簧，如图所示，其他条件不变，求剪断细线l2瞬时小球的加速度。磁一劲度系数k=800N/m的轻质弹簧两端分别连接着质量均为m=12kg的物体A、B，它们竖直静止在水平面上，如图7所示。现将一竖直向上的变力F作用在A上，使A开始向上做匀加速运动，经0.40s物体B刚要离开地面。求：此过程中