2008高考物理总复习专题十二物理模型的构建问题训练题

上教考资源网助您教考无忧版权所有@中国教育考试资源网2008高考物理总复习专题十二物理模型的构建问题训练题【方法与规律】随着高考改革的深入，新高考更加突出对考生应用能力及创新能力的考查，大量实践应用型、信息给予型、估算型命题频繁出现于卷面，由此，如何于实际情景中构建物理模型借助物理规律解决实际问题则成了一个重要环节.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.高考命题以能力立意，而能力立意又常以问题立意为切入点，千变万化的物理命题都是根据一定的物理模型，结合某些物理关系，给出一定的条件，提出需要求的物理量的.而我们解题的过程，就是将题目隐含的物理模型还原，求结果的过程.（一）模型建立的基本程序解答、必要讨论数学规律物理规律、方法简谐振动匀速圆周运动匀变速直线运动匀速直线运动理想运动模型匀强场（等）弹簧振子单摆理想气体点电荷质点理想化研究对象物理模型实际问题合理简化关键:认识实际问题的本质特征，同化物理模型（二）运用物理模型解题的基本程序：（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.【经典例题】[例1]试估算金原子Au19779的大小，并从α粒子散射实验中估算金核的大小.设α粒子速度vα=1.60×107m/s，质子质量mp=1.67×10-27kg，基元电荷e=1.60×10-19C，静电引力恒量为k=9×109N·m2/C2，金的密度ρ=19.3×103kg/m3，阿伏加德罗常数为N=6.02×1023mol-1已知试探电荷q在距点电荷Q为r处时具有的电势能Ep=krqQ.(计算结果取一位有效数字)[解析]金原子的摩尔体积为V=M/ρ=33103.1910197=1.02×10-5m3.上教考资源网助您教考无忧版权所有@中国教育考试资源网单个分子的体积v/NA=1.696×10-29m3设金原子直径为d，则根据v=361d，代入数据后得d=110-10m.当α粒子最接近金核时，可以认为α粒子的速度几乎减小为零，此时有rQqkEvmP221代数据后得r=410-14m[小结]本题中估算金原子的直径，需建立原子的球体模型，用球体积最终求得分子的直径。而在研究金原子核的半径时，应与α粒子与金原子核的最近距离作为金原子核的半径，事实上，本题中α粒子与金原子核在作用过程中，应有动量守恒，能量守恒，当两核速度相等时，距离最近。但考虑到金原子核的质量远大于α粒子的质量，再加上本题中只需要一位有效数字的估算，故近似认为金原子核静止不动，这样的模型，虽简单但不影响本题的作答。［例2］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5kg,B车上固定着一个闭合的螺线管.B车的总质量为10kg.现给B车一个水平向左的100N·s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？【解析】以动量守恒定律、能的转化守恒定律、楞次定律等知识点为依托，考查分析、推理能力，等效类比模型转换的知识迁移能力.通过类比等效的思维方法将该碰撞等效为子弹击木块（未穿出）的物理模型，是切入的关键，也是考生思路受阻的障碍点.由于感应电流产生的磁场总是阻碍导体和磁场间相对运动，A、B两车之间就产生排斥力，以A、B两车为研究对象，它们所受合外力为零.动量守恒，当A、B车速度相等时，两车相互作用结束，据以上分析可得：I=mBvB=(mA+mB)v,vB=BmI=10100m/s=10m/s,v=)(100BAmm=6.7m/s从B车运动到两车相对静止过程，系统减少的机械能转化成电能，电能通过电阻发热，转化为焦耳热.根据能量转化与守恒：上教考资源网助您教考无忧版权所有@中国教育考试资源网Q=21mBv2-21(mA+mB)v2=21×10×102-21×15×(15100)2J=166.7J［例3］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a·h，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？【解析】考查摄取信息构建模型的实践创新能力.B级要求.考生惯于已知物理模型的传统命题的求解，在此无法通过原型启发，将液体类比为磁场中导体，建立起熟知的物理模型，无法使问题切入.此题的题源背景是电磁泵问题，它的原理是，当电流流过液体时，液体即为载流导体，在磁场中将受到安培力作用，力的方向由左手定则判定，所以液体将沿v的方向流动.液体通电后可视为导体，从电磁场的原理图中可抽象出如图30-5所示的模型，既通电导体在磁场中受力模型.以载流导体为研究对象，根据安培力公式，载流导体受到的安培力（即液体受力）为：F=BIh①由压强公式，得p=SF②且S=a·h③由①②③得p=aBI[例4]（2000广东）如图所示为一种可用于测量电子电量e与质量m比值e/m的阴极射线管.管内处于真空状态,图中L是灯丝,当接上电源时可发出电子,A是中央有小圆孔的金属板,当L和A间加上电压时,(其电压值比灯丝电压大很多),电子将被加速并沿图中虚直线所示的路径到达荧光屏S上的O点,发出荧光.P1、P2为两块平行于虚直线的金属板,已知两板间距为d.在虚线所示的圆形区域内可施加一匀强磁场,已知其磁感应强度为B,方向垂直于纸面向外,a、b1、b2、c1、c2都是固定在管壳上的金属引线,E1、E2、E3是三个电压可调并可读出其电压值的直流电源.⑴试在图中画出三个电源与阴极射管的有关引线的连线;⑵写出电子荷质比的表达式。[解析]⑴连线图略.将E！和L相连，对灯丝进行供电，以产生电子；将E2的正极和A相连，在A和L之间形成加速电压，对电子进行加速；将E#的正极和C2相连，负极和C1相连，使电容器间的电场和垂直纸面向外的磁场形成速度选择器。上教考资源网助您教考无忧版权所有@中国教育考试资源网⑵设接在a上的加速电压为U2,而接在P1P2间的电压为U3通过恰当调节U3,使带电粒子在匀强电场中受到的洛仑兹力和电场力相等而作匀速运动即eBv=eU3/d而eU2=21mv2由此可得e/m=222322dBUU[小结]本题要在合理构建物理模型的基础上才能很好作答。首先，应知道如何产生电子，只要将低压电源加在灯丝上，使灯丝变红，灯丝上就能产生速度几乎为零的电子；其次，应知道加速电场，电子在加速电场的作用下通过缝隙，便可得一定方向的高速电子；再次应知道磁场和电场和复合场可形成速度选择器，当磁场垂直纸面向外时，所加的电场若竖直向上，则对自左向右飞行的带电粒子形成速度选择。【例5】（科研）将氢原子中电子的运动看作是氢核做匀速圆周运动，这时在研究电子运动的磁效应时，可将电子的运动等效为一个环形电流，环的半径等于电子的轨道半径r。现对一氢原子加上一外磁场，磁场的磁感应强大小为B，方向垂直电子的轨道平面，这时，电子运动的等效电流用I1来表示，现将外磁场反向，但磁场的磁感应强度大小不变，仍为B，这时电子运动的等效电流用I2来表示。假设在加上外磁场以及外磁场反向时，氢核的位置、电子运动的轨道平面以及轨道半径都不变，求外磁场反向前后电子运动的等效电流的差，即21II等于多少？用m和e表示电子的质量和电量。答案mBeII2221①【解析】：用r表示电子的轨道半径，v表示电子的速率，则等效电流vreTeI2②当加上一垂直于轨道平面的外磁场后，设顺着外磁场方向看，电子做逆时针转动，如图所示，此时电子受到氢核对它的库仑力指向圆心，而受到的洛伦兹力背向圆心。由题意知，轨道半径仍为r，设此时电子运动的速度为v1，则由牛顿第二定律可得③由②③两式联立得)()(212212vvrmvveB化简得meBrvv12④rvmeBvrek22222上教考资源网助您教考无忧版权所有@中国教育考试资源网由①式可得到外磁场反向前后，电子运动的等效电流的差为)(21221vvreII代入④式得mBeII2221【专题训练】1、根据安培假设的思想，认为磁场是由于运动电荷产生的，这种思想如果对地磁场也适用，而目前地球上并没有发现相对地球定向移动的电荷，那么由此推断，地球应该()A.带负电B.带正电C.不带电D.无法确定2、大气中有一种叫“蒙气差”的光现象，以下关于这种光现象的说法中正确的是（）A、夜晚，我们看到南半天星星的位置，要比它实际的位置高一些B、夜晚，我们看到的南半天星星的位置，要比它实际的位置低一些C、这种光现象中的“蒙气差”效应，越是接近地平线就越明显D、这种光现象中的“蒙气差”效应，越是接近中天就越明显（）3、如图所示，两个半球形球壳拼成的球形窗口的半径为R，内部抽成真空，大气压强为P，为使两个半球壳沿图中箭头方向相互分离，应施加的力F至少为（）A、4πR2PB、2πR2PC、πR2PD、πR2P/24、一定质量的理想气体，在温度不变的条件下，设法使其压强增大，则在这一过程中（）A、气体的密度减小B、气体分子的平均动能增大C、外界对气体做了功D、气体从外界吸收了热量5、在实验室可以做“声波碎杯”的实验，用手指轻弹一只酒杯，可以听到清脆的声音。测得这声音的频率为500Hz。将这只酒杯放在两只大功率的声波发生器之间，操作人员通过高速其发出的声音，就能使酒杯碎掉，下列关于操作过程中说法正确的是（）A、操作人员一定是把声波发生器的功率逐渐调大，直至很大B、操作人员可能是在使声波发生器发出的声音频率逐渐调高，直至很高C、操作人员一定是在同时增大了声波发生器发出声波的频率和功率上教考资源网助您教考无忧版权所有@中国教育考试资源网D、操作人员是在调节声波发生器发出声波的频率，把它调到500Hz6、在使用示波器时调节好亮斑后，将扫描范围旋钮置于“外X”档，衰减旋钮置于第四档，“Y输入”空置，从“X输入，地”之间输入扫描电压。若要亮斑从左向右匀速运动，到达右端后迅速返回左端，加在“X输入，地”之间的电压可以是下列图中（）种电压7、如图所示，O为光滑竖直圆轨道的最低点，A为此圆轨道的圆心，B为此圆轨道上很靠近O点的一点，C为此圆轨道上的任一点，现在A、B、C三点释放三个小球（均看作质点），从A点下落的a小球作自由落体运动，从B处释放的小球b沿圆轨道运动，从C处自由释放的小球c沿连接CO的光滑直轨道运动，它们到达O点所用时间分别为t1、t2、t3，则（）A、t1t2t3B、t2t1t3C、t2t1=t3D、由于B、C两点位置未确定，故无法比较它们之间的关系8、如图所示为某型号电热毯的电路图，将电热丝接在u=156sin120πtV的电源上，电热毯被加热到一定温度后，由于P的作用使输入的正弦交流电公允有半个周期能够通过，即电压变为图b所示波形，从而进入保温状态，则此时交流电压表的读数是（）A、156VB、110VC、78VD、55V9、电磁流量计广泛应用于测量可导电流体（如污水）在管中的流量（在单位时间内通过向内横截面的流体的体积），为了简化，假设流量计是如图所示的横截面为长方形的一段管道，其中空部分的长、宽、高分别为图中的a、b、c，流量计的两端与输送流体的管道相连接（图中虚线），图中流量计的上下两面是金属材料，前后两面是绝缘材料，现于流量计所在处加磁感应强度为B的匀强磁场，磁场方向垂直于前后两面，当导电流体稳定地流经流量计时，在管处将流量计上、下两表面分别与一串联了电阻R的电流表的两端连接，I