高考物理复习方法--物理动态问题分析及物理多解问题分析策略

更好的教育，更美好的人生难点22物理动态问题分析■优盟教育中心物理教研组描述物理现象的各物理量之间常存在着相互依赖、相互制约的关系，当其中某个物理量变化时，其他物理量也将按照物理规律发生变化，许多命题以此设计情景要求对这种变化进行分析、讨论，即物理动态问题.该类问题集中考查考生慎密的逻辑推理能力和综合分析能力，是历届高考的热点问题和难点问题.●难点展台1.（★★★★）一点光源S放在平面镜前，平面镜不动，如图22-1所示，S以速度v沿OS方向向左平移，则光源S在镜中的像将A.以速率2v平行于OS向右运动B.以速率v垂直于OS向下运动C.以速率v沿与镜面垂直的方向向S运动D.以速率v向O点运动2.（★★★★）在如图22-2所示的电路中，R1、R2、R3和R4皆为定值电阻，R5为可变电阻，电源的电动势为E，内阻为r，设电流表A的读数为I，电压表V的读数为U，当R5的滑动触点向图中a端移动时A.I变大，U变小B.I变大，U变大C.I变小，U变大D.I变小，U变小●案例探究［例1］（★★★）如图22-3所示，质量为m的球放在倾角为θ的光滑斜面上，试分析挡板AO与斜面间的倾角α多大时，AO所受压力最小？命题意图：考查分析推理能力及运用数学知识处理物理问题的能力.B级要求.错解分析：部分考生不进行推理凭主观臆断，得出挡板处于竖直状态所受压力最小的错误结论.还有部分考生思维不灵活，不采用“图解法”而采用“正交分解法”，陷入繁琐的计算和推理，往往由于计算过程出错，导致错误结果.图22-1图22-2图22-3更好的教育，更美好的人生解题方法与技巧：以球为研究对象，球所受重力mg产生的效果有两个：对斜面产生了压力FN1，对挡板产生了压力FN2，根据重力产生的效果将重力分解，如图22-3所示，当挡板与斜面的夹角α由图示位置变化时，FN1大小改变，但方向不变，始终与斜面垂直；FN2的大小、方向均改变（图22-3中画出的一系列虚线表示变化的FN2）.由图可看出，当FN2与FN1垂直即α=90°时，挡板AO所受压力最小，最小压力FN2min=mgsinθ.［例2］（★★★★）如图22-4所示，当滑动变阻器滑动触点向b移动时A.电压表的读数增大，电流表的读数减小B.电压表和电流表的读数都增大C.电压表和电流表的读数都减小D.电压表的读数减小，电流表的读数增大命题意图：考查推理能力及综合分析能力.B级要求.错解分析：不能从电路局部阻值的变化推理至整体电路电流及路端电压变化.进而根据欧姆定律判断○V○A示数变化.仅从表现凭直觉作出判断：R3↓○A↑,R总↓,○V↓.解题方法与技巧：先分析由于滑动触点b移动时，所引起的一系列相关量的变化：滑动触点向b移动：R3增大，R2与R3并联电阻R23=3232RRRR增大，故外电路总电阻R外=R1+R23增大，由闭合电路欧姆定律知电路总电流I总=外RrE减小，路端电压U端=E-I总r增大；所以○V读数增大.I总减小，R1两端电压U1=I总R1减小，故R3、R2两端电压U23=U端-U1增大，通过R2的电流I2=223RU增大，由并联电路特点知：通过R3电流：I3=I总-I2减小，故○A读数减小，选项A正确.［例3］（★★★★★）如图22-5所示，在电场强度E=5N/C的匀强电场和磁感应强度B=2T的匀强磁场中，沿平行于电场、垂直于磁场方向放一长绝缘杆，杆上套一个质量为m=10-4kg，带电量q=2×10-4C的小球，小球与杆间的动摩擦因数μ=0.2，小球从静止开始沿杆运动的加速度和速度各怎样变化？命题意图：考查综合分析及推理能力，B级要求.图22-4图22-5更好的教育，更美好的人生错解分析：考生往往不能沿各物理量先后的变化顺序理顺各量制约关系，或者找不到物理过程中的突变点（即临界状态）无法将过程分段逐段分析推理，列出方程.解题方法与技巧：带电小球在竖直方向上受力平衡，开始沿水平方向运动的瞬间加速度：a1=mmgqE)(=8m/s2小球开始运动后加速度：a2=［qE-μ(mg-qvB)］/m,由于小球做加速运动，洛伦兹力F磁增大，摩擦力Ff逐渐减小，当mg=F磁时，Ff=0，加速度最大，其最大值为：a3=mqE=10m/s2.随着速度v的增大，F磁＞mg,杆对球的弹力N改变方向，又有摩擦力作用，其加速度:a4=［qE-μ(qvB-mg)］/m.可见Ff随v的增大而增大，a4逐渐减小.当Ff=F电时，加速度a5=0,此时速度最大，此后做匀速运动.由qE=μ(qvB-mg)解得v=15m/s.结论：小球沿杆运动的加速度由8m/s2逐渐增大到10m/s2,接着又逐渐减小到零，最后以15m/s的速度做匀速运动.●锦囊妙计物理动态命题能够突出考查考生综合分析、严密推理、灵活运用所学知识解决实际问题的综合能力，充分暴露考生思维的深刻性、全面性等品质，是高考突出能力考查的命题设计方向之一.突破该类命题的关键在于首先区分出变量和不变量，挖掘变量间的相互依赖相互制约关系；其次通过统筹分析，依据物理规律判断预测变量的变化趋势，进而找出解题思路.一般来讲，（1）对于静力学动态问题（例1），宜采用“矢量图解法”，将某一力据其作用效果分解，构建示意图，将各力之间的依赖、制约关系直观形象地体现出来，达到简洁迅速的判断目的.（2）对于直流电路动态问题（例2），宜采用“结构分析法”，沿“局部→整体→局部”的思维路径，先分析局部电阻变化，根据全电路欧姆定律判断整体总电流及路端电压的变化，再根据串并联电路特点推理判定某局部电压、电流的变化情况，进而得出结论.（3）对于动力学类动态问题（例3）及成像类动态问题宜采用“逐段分析法”及“临界分析法”.其基本思路为：①深入分析物理过程；②挖掘物理过程中的临界状态及临界条件，将过程分为不同阶段；③明确不同阶段的变化量与不变量；④结合物理规律依物理量的变化先后进行逻辑推理或计算，得出结论.●歼灭难点训练1.（★★★）如图22-6所示，小球放在光滑的墙与装有铰链的光滑薄更好的教育，更美好的人生板之间，当墙与薄板之间的夹角θ缓慢地增大到90°的过程中A.小球对木板的正压力逐渐增大B.小球对墙的压力逐渐减小C.小球对木板的正压力对轴O的力矩逐渐减小D.木板对小球的弹力不可能小于小球的重力2.（★★★★）如图22-7所示，已知L1、L2是完全相同的两灯泡，试分析当滑线变阻器的滑动触头P从最上端A向下滑动时，电流表○A电压表○V的示数变化及两灯的明暗变化情况.3.（★★★★★）如图22-8所示，水平传送带AB=5m,以v=4m/s匀速运动，一小物体与皮带间的动摩擦因数μ=0.2.（1）将小物体轻轻放于A点，求物体从A点沿传送带到B点所用时间t.（2）若小物体以水平向右初速度v0=4.4m/s冲上A点，求t.（3）若小物体以水平向左初速度v0=3m/s冲上B点，它能否被传到A点？若能，求从B点到A点的时间.若不能，它能否返回B点？若能，求它返回B点的时间.（4）若小物体以水平向左的速度v0=4.4m/s冲上B点呢？4.（★★★★★）如图22-9所示，正交的电磁场方向均在水平方向上，电场强度为E，磁感应强度为B，质量为m、带电量为q的小球与水平桌面间的动摩擦因数为μ，已知qE＞μmg，当小球由静止释放后，求小球的最大速度？（桌面绝缘且足够大）.5.（★★★★★）焦距为f的凸透镜，主轴和水平的x轴重合，x轴上一光点位于透镜的左侧，光点到透镜的距离大于f而小于2f，若将此透境沿x轴向右平移2f的距离，则在此过程中，光点经透镜所成的像将A.一直向右移动B.一直向左移动C.先向左移动，接着向右移动D.先向右移动，接着向左移动参考答案［难点展台］图22-6图22-7图22-8图22-9更好的教育，更美好的人生1.D2.D［歼灭难点训练］1.BCD2.○A示数先减小后增大，○V先增大后减小，L1一直变暗，L2一直变亮.3.（1）2.25s（2）1.24s（3）不能传到A点；能返回B点，t=3s（4）t=4.41s4.提示：由能量守恒定律有：qEvmt-μ(qvmB+mg)vmt=0vm=BE-qBmg5.C更好的教育，更美好的人生难点23物理多解问题分析策略多解问题是高考卷面常见的题型之一，部分考生往往对试题中题设条件的可能性、物理过程的多样性及物体运动的周期性等因素分析不全，认识不透，往往出现漏解的失误.多解问题的求解是高考的难点之一.●难点展台（★★★）图23-1为一电路板的示意图，a、b、c、d为接线柱，a、d与220V的交流电源连接，ab间、bc间、cd间分别连接一个电阻.现发现电路中没有电流，为检查电路故障，用一交流电压表分别测得b、d两点间以及a、c两点间的电压均为220V.由此可知A.ab间电路通，cd间电路不通B.ab间电路不通，bc间电路通C.ab间电路通，bc间电路不通D.bc间电路不通，cd间电路通2.（★★★★）组成星球的物质是靠吸引力吸引在一起的，这样的星球有一个最大的自转速率.如果超过了该速率，星球的万有引力将不足以维持其赤道附近的物体做圆周运动.由此能得到半径为R、密度为ρ、质量为M且均匀分布的星球的最小自转周期T.下列表达式中正确的是A.Ｔ＝２πGMR/3B.Ｔ＝２πGMR/33C.Ｔ＝G/D.Ｔ＝G/3●案例探究［例1］一列正弦横波在x轴上传播，a、b是x轴上相距sab＝６m的两质点，t=0，b点正好振动到最高点而a点恰好经过平衡位置向上运动，已知这列波的频率为25Hz.(1)设a、b在x轴上的距离小于一个波长，试求出该波的波速.(2)设a、b在x轴上的距离大于一个波长，试求出该波的波速，若波速为40m/s时，求图23-1更好的教育，更美好的人生波的传播方向.命题意图：考查理解能力、推理及分析综合能力，尤其空间想象能力.B级要求.错解分析：思维发散能力差，无法依据波的空间周期性与时间周期性，结合波动方向与质点振动方向间的关系，寻找所有可能解，而出现漏解情况.解题方法与技巧：(1)若波向右传播，a和b两质点应于如图23-2所示的a１和ｂ１的两位置.sab=43λ１＝６m.λ１＝８m向右传播的波速v１＝λ１f＝200m/s若波向左传播，a和b两质点应分别位于图中a２和ｂ１两位置.sab＝41λ２＝6m，λ２＝24m，向左传播的波速v２＝λ２F＝600m/s.(2)因a，b在x轴上的距离大于一个波长，若波向右传播，a质点若位于图中a1的位置，则b质点可位于b１，b２，…等位置，此时，sab＝43λ右＋nλ右=6m(n=1,2,3，…），λ右＝3424nm，向右传播的波速v右＝λ右f=34600nm/s.(n=1,2,3…)若波向左传播，a质点若位于图中的a２的位置，则b质点可位于b１，b２，…等位置，此时，sab＝41λ左＋nλ左＝６mλ左＝1424nm.向左传播的波速v左＝λ左f=14600nm/s(n=1,2,3，…)当波速为40m/s时，该波向左传播，应有：14600n=40，n=414，无整数解，故不可能向左.设波向右传播，有：34600n＝４０，n＝３，故可以判定当波速为40m/s时，波传播的方向是由左向右.［例2］（★★★★★）在光滑水平面的一直线上，排列着一系列可视为质点的物体，分别用0，1，2，…n标记，0物体质量为m,其余物体质量为m1=2m,m2=3m…mn=(n+1)m.物体0与1之间的距离为s０，1、2之间距离为s１，２、３间距离为s２…如图23-3所示，图23-2更好的教育，更美好的人生现用一水平恒力推0物体向右运动，从而发生了一系列碰撞，设每次碰后物体都粘在一起运动，要使每次碰前物体的速度都相同，在s０已知的情况下，s＝１，２，３…，应满足什么条件?命题意图：考查综合分析、推理能力及运用数学知识解决物理问题的能力.B级要求.错解分析：考生面对系列碰撞的复杂过程，不能恰当选取某一代表性过程（第n次碰撞过程，第n次碰撞后的滑行过程）作为研究对象，据动量守恒定律及动能定理列方程，从而归纳出物理量的通式