物理專題講座之一 力與運(yùn)動

1、1怎樣怎樣構(gòu)建物理模型1命題趨勢命題趨勢物理應(yīng)用能力是“理綜能力”考察的核心。物理應(yīng)用能力的考察本質(zhì)是對實(shí)際問題分析、還原和構(gòu)建物理模型能力的考察，解題的過程實(shí)質(zhì)上就是對實(shí)際問題分析、還原和構(gòu)建物理模型的過程。平常所說解題時應(yīng)“明確物理過程、在頭腦中建立一幅清晰的物理圖景”，其實(shí)指的就是要正確地還原和構(gòu)建物理模型。因為考生構(gòu)建模型的情況，能真實(shí)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。2知識概要知識概要互相關(guān)聯(lián)的物理狀

2、態(tài)和物理過程構(gòu)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(huán)節(jié)：在這幾個環(huán)節(jié)中，根據(jù)問題的情景構(gòu)建出物理模型是最關(guān)鍵的、也是較困難的環(huán)節(jié)。由問題情景轉(zhuǎn)化出來的所謂“物理模型”，實(shí)際上就是由理想的對象參與的理想的過程。如質(zhì)點(diǎn)的自由落體運(yùn)動、質(zhì)點(diǎn)的勻速圓周運(yùn)動、單擺的簡諧運(yùn)動、點(diǎn)電荷在勻強(qiáng)電場中的運(yùn)動、串并聯(lián)電路等等。這種物理模型一般由更原始的物理模型構(gòu)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(shí)際色彩的物理對象或物理

3、過程通過抽象、理想化、簡化和類比等方法轉(zhuǎn)化成理想的物理模型。正確構(gòu)建物理模型應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：（1）養(yǎng)成根據(jù)物理概念和物理規(guī)律分析問題的思維習(xí)慣。結(jié)合題目描述的現(xiàn)象、給出的條件，確定問題的性質(zhì)；同時抓住現(xiàn)象的特征尋找因果關(guān)系。這樣能為物理模型的構(gòu)建打下基礎(chǔ)。（2）理想化方法是構(gòu)建物理模型的重要方法，理想化方法的本質(zhì)是抓住主要矛盾，近似的處理實(shí)際問題。因此在分析問題時要養(yǎng)成比較、取舍的習(xí)慣。（3）要透徹掌握典型物理模型的本質(zhì)特征、不斷積累典

4、型模型，并靈活運(yùn)用他們。如研究碰撞時，總結(jié)出彈性碰撞和完全非彈性碰撞兩個模型，但后來發(fā)現(xiàn)一些作用時間較長的非碰撞類問題，也有相同的數(shù)學(xué)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(yīng)用這兩個模型的結(jié)論。在粒子散射實(shí)驗中，粒子與重金屬原子核的作用是非接觸性的靜電力作用，由于動能守恒也可納入彈性碰撞模型。3.點(diǎn)撥解疑點(diǎn)撥解疑【例題1】兩塊大小不同的圓形薄板（厚度不計），質(zhì)量分別為M和m（M=2m），半徑分別為R和r，兩板之間用一根長L

5、=0.4m的輕質(zhì)繩連結(jié)，開始時，兩板水平疊放在支架C上方高h(yuǎn)=0.2m處（如圖a所示），以后，兩板一起自由下落，支架上有一個半徑Rˊ（rRˊR）的圓孔，兩板中心與圓孔中心在同一直線上，大圓板碰到支架后跳起，機(jī)械能無損失，小圓板穿過圓周運(yùn)動孔，兩板分離，試求當(dāng)細(xì)繩繃緊的瞬間兩板的速度（如圖b所示），取g=10ms2。解析：本題的整體過程可分以下幾個階段；（1）板自由下落過程（此時兩板作為一個整體可抽象為一個質(zhì)點(diǎn)模型），到兩板落至支架C時的

6、速度為：審視物理情景構(gòu)建物理模型轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)問題還原為物理結(jié)論對象模型（質(zhì)點(diǎn)、輕桿、輕繩、彈簧振子、單擺、理想氣體、點(diǎn)電荷、理想電表、理想變壓器、勻強(qiáng)電場、勻強(qiáng)磁場、點(diǎn)光源、光線、原子模型等）過程模型（勻速直線運(yùn)動、勻變速直線運(yùn)動、勻速圓周運(yùn)動、平拋運(yùn)動、簡諧運(yùn)動、簡諧波、彈性碰撞、自由落體運(yùn)動、豎直上拋運(yùn)動等）物理模型sm22.0102gh2v0?????3從最高點(diǎn)下落至手觸水面，所需的時間為：s4.11045.10222????gHt

7、所以運(yùn)動員在空中用于完成動作的時間約為：=1.7s21ttt??點(diǎn)評：點(diǎn)評：構(gòu)建物理模型時，要重視理想化方法的應(yīng)用，要養(yǎng)成化示意圖的習(xí)慣?！纠}3】(03上海)為研究靜電除塵，有人設(shè)計了一個盒狀容器，容器側(cè)面是絕緣的透明有機(jī)玻璃，它的上下底面是面積A=0.04m2的金屬板，間距L=0.05m，當(dāng)連接到U=2500V的高壓電源正負(fù)兩極時，能在兩金屬板間產(chǎn)生一個勻強(qiáng)電場，如圖所示?，F(xiàn)把一定量均勻分布的煙塵顆粒密閉在容器內(nèi)，每立方米有煙塵顆粒

8、1013個，假設(shè)這些顆粒都處于靜止?fàn)顟B(tài)，每個顆粒帶電量為q=1.01017C，質(zhì)量為m=2.01015kg，不考慮煙塵顆粒之間的相互作用和空氣阻力，并忽略煙塵顆粒所受重力。求合上電鍵后：⑴經(jīng)過多長時間煙塵顆粒可以被全部吸附？⑵除塵過程中電場對煙塵顆粒共做了多少功？⑶經(jīng)過多長時間容器中煙塵顆粒的總動能達(dá)到最大？解析：本題涉實(shí)際生活情境，在題設(shè)情境下，煙塵顆粒視為帶電粒子，只在電場力作用下的勻加速直線運(yùn)動。⑴當(dāng)最靠近上表面的煙塵顆粒被吸附到

9、下板時，煙塵就被全部吸附。煙塵顆粒受到的電場力F=qUL，L=at22=qUt22mL，故t=0.02s⑵W=NALqU2=2.5104J⑶設(shè)煙塵顆粒下落距離為x，則當(dāng)時所有煙塵顆粒的總動能EK=NA(Lx)mv22=NA(Lx)qUxL，當(dāng)x=L2時EK達(dá)最大，而x=at122，故t1=0.014s評析：本題求解需要建立兩個模型：點(diǎn)電荷模型和勻加速直線運(yùn)動模型，從而把靜電除塵轉(zhuǎn)化為帶電粒子在勻強(qiáng)電場中運(yùn)動的物理問題，進(jìn)而用相應(yīng)的公式求

10、解?！纠}4】精密測量電子比荷的現(xiàn)代方法之一是雙電容法，其裝置如圖2所示，在真空管中由me陰極K發(fā)射電子，其初速度可忽略不計。此電子被陰極K與陽極A間的電場加速后穿過屏障D1上的小孔，然后依次穿過電容器C1、屏障D2上的小孔和第二個電容器C2而射到熒光屏F上。陽極與陰極之間的電勢差為U，分別在電容器C1、C2上加有頻率為f的完全相同的正弦式交變電壓，C1、C2中心間的距離為L，選擇頻率f使電子束在熒光屏上的亮點(diǎn)不發(fā)生偏轉(zhuǎn)。試證明電子的比

11、荷為（其中n為正整數(shù)）UnLfme2222?。解析：由題意，研究對象必然是電子，其對象模型顯然是帶電的質(zhì)點(diǎn)；對其過程模型的構(gòu)建，可按先后順序考慮；首先是在電場中的變加速運(yùn)動，這是我們能處理的模型；接著進(jìn)入電容器，遇到偏轉(zhuǎn)電場，由于電容器上加的是變化電壓，那么其中的電場是不穩(wěn)定的，隨時間變化的，電子沿電場方向的運(yùn)動不是勻變速運(yùn)動，這是我們沒辦法處理的。但考慮到電子加速后，速度很大，通過電容器的時間極短，如果忽略這一段時間內(nèi)的電壓變化，那么