高考常用24个物理模型

1Fm高考常用24个物理模型物理复习和做题时需要注意思考、善于归纳整理，对于例题做到触类旁通，举一反三，把老师的知识和解题能力变成自己的知识和解题能力，下面是物理解题中常见的24个解题模型，从力学、运动、电磁学、振动和波、光学到原子物理，基本涵盖高中物理知识的各个方面。主要模型归纳整理如下：模型一：超重和失重系统的重心在竖直方向上有向上或向下的加速度(或此方向的分量ay)向上超重(加速向上或减速向下)F=m(g+a)；向下失重(加速向下或减速上升)F=m(g-a)难点：一个物体的运动导致系统重心的运动绳剪断后台称示数铁木球的运动系统重心向下加速用同体积的水去补充斜面对地面的压力?地面对斜面摩擦力?导致系统重心如何运动？模型二：斜面搞清物体对斜面压力为零的临界条件斜面固定：物体在斜面上情况由倾角和摩擦因素决定=tg物体沿斜面匀速下滑或静止tg物体静止于斜面tg物体沿斜面加速下滑a=g(sin一cos)a2模型三：连接体是指运动中几个物体或叠放在一起、或并排挤放在一起、或用细绳、细杆联系在一起的物体组。解决这类问题的基本方法是整体法和隔离法。整体法：指连接体内的物体间无相对运动时,可以把物体组作为整体，对整体用牛二定律列方程。隔离法：指在需要求连接体内各部分间的相互作用(如求相互间的压力或相互间的摩擦力等)时，把某物体从连接体中隔离出来进行分析的方法。连接体的圆周运动：两球有相同的角速度；两球构成的系统机械能守恒(单个球机械能不守恒)与运动方向和有无摩擦(μ相同)无关，及与两物体放置的方式都无关。平面、斜面、竖直都一样。只要两物体保持相对静止记住：N=211212mFmFmm(N为两物体间相互作用力),一起加速运动的物体的分子m1F2和m2F1两项的规律并能应用F212mmmN讨论：①F1≠0；F2=0122F=(m+m)aN=maN=212mFmm②F1≠0；F2≠0N=211212mFmmmF(20F是上面的情况)F=211221mmg)(mmg)(mmF=122112m(m)m(mgsin)mmgF=ABB12m(m)mFmmgF1F2m1m2N1N2例如：N5对6=FMm(m为第6个以后的质量)第12对13的作用力N12对13=Fnm12)m-(nm2m1Fm1m23╰α模型四：轻绳、轻杆绳只能受拉力，杆能沿杆方向的拉、压、横向及任意方向的力。◆通过轻杆连接的物体如图：杆对球的作用力由运动情况决定只有=arctg(ga)时才沿杆方向最高点时杆对球的作用力。假设单B下摆，最低点的速度VB=R2gmgR=221Bmv整体下摆2mgR=mg2R+'2B'2Amv21mv21'A'BV2V'AV=gR53；'A'BV2V=gR256VB=R2g所以AB杆对B做正功，AB杆对A做负功◆通过轻绳连接的物体①在沿绳连接方向(可直可曲)，具有共同的v和a。特别注意：两物体不在沿绳连接方向运动时，先应把两物体的v和a在沿绳方向分解，求出两物体的v和a的关系式，②被拉直瞬间，沿绳方向的速度突然消失，此瞬间过程存在能量的损失。讨论：若作圆周运动最高点速度V0gR，运动情况为先平抛，绳拉直时沿绳方向的速度消失。即是有能量损失，绳拉紧后沿圆周下落机械能守恒。而不能够整个过程用机械能守恒。自由落体时，在绳瞬间拉紧(沿绳方向的速度消失)有能量损失(即v1突然消失)，再v2下摆机械能守恒Em，qL·O4模型五：上抛和平抛1．竖直上抛运动：速度和时间的对称分过程：上升过程匀减速直线运动,下落过程初速为0的匀加速直线运动.全过程：是初速度为V0加速度为g的匀减速直线运动。(1)上升最大高度:H=V0²/2g(2)上升的时间t=V0/g(3)从抛出到落回原位置的时间:t=2gVo(4)上升、下落经过同一位置时的加速度相同，而速度等值反向(5)上升、下落经过同一段位移的时间相等。(6)匀变速运动适用全过程S=Vot－gt2;Vt=Vo－gt;Vt2－Vo2=－2gS(S、Vt的正负号的理解)2.平抛运动：匀速直线运动和初速度为零的匀加速直线运动的合运动（1）运动特点：a、只受重力；b、初速度与重力垂直。其运动的加速度却恒为重力加速度g，是一个匀变速曲线运动，在任意相等时间内速度变化相等。（2）平抛运动的处理方法：可分解为水平方向的匀速直线运动和竖直方向的自由落体运动，两个分运动既具有独立性又具有等时性。（3）平抛运动的规律：做平抛运动的物体，任意时刻速度的反向延长线一定经过此时沿抛出方向水平总位移的中点。证：平抛运动示意如图，设初速度为V0，某时刻运动到A点，位置坐标为(x,y),所用时间为t.此时速度与水平方向的夹角为,速度的反向延长线与水平轴的交点为'x,位移与水平方向夹角为.以物体的出发点为原点，沿水平和竖直方向建立坐标。依平抛规律有:Vx=V0速度：Vy=gt22yxvvv'0xyvgtvvtanxxy①Sx=Vot位移:2ygt21s22yxsss002gt21tgttan21vvxy②由①②得：tan21tan即)(21'xxyxy③所以:xx21'④④式说明：做平抛运动的物体，任意时刻速度的反向延长线一定经过5此时沿抛出方向水总位移的中点。模型六：水流星(竖直平面圆周运动)◆变速圆周运动研究物体通过最高点和最低点的情况，并且经常出现临界状态。(圆周运动实例)①火车转弯②汽车过拱桥、凹桥3③飞机做俯冲运动时，飞行员对座位的压力。④物体在水平面内的圆周运动（汽车在水平公路转弯，水平转盘上的物体，绳拴着的物体在光滑水平面上绕绳的一端旋转）和物体在竖直平面内的圆周运动（翻滚过山车、水流星、杂技节目中的飞车走壁等）。⑤万有引力——卫星的运动、库仑力——电子绕核旋转、洛仑兹力——带电粒子在匀强磁场中的偏转、重力与弹力的合力——锥摆、（关健要搞清楚向心力怎样提供的）（1）火车转弯：设火车弯道处内外轨高度差为h，内外轨间距L，转弯半径R。由于外轨略高于内轨，使得火车所受重力和支持力的合力F合提供向心力。为转弯时规定速度）（得由合0020sintanvLRghvRvmLhmgmgmgFRgvtan0(是内外轨对火车都无摩擦力的临界条件)火车提速靠增大轨道半径或倾角来实现（2）无支承的小球：在竖直平面内作圆周运动过最高点情况：受力：由mg+T=mv2/L知,小球速度越小,绳拉力或环压力T越小,T最小值只能为零,此时小球重力作向心力。结论：最高点时绳子(或轨道)对小球没有力的作用，此时只有重力提供作向心力。能过最高点条件：V≥V临（当V≥V临时，绳、轨道对球分别产生拉力、压力）不能过最高点条件：VV临(实际上球还未到最高点就脱离了轨道)①恰能通过最高点时：mg=Rm2临v，临界速度V临=gR；可认为距此点2Rh(或距圆的最低点)25Rh处落下的物体。☆此时最低点需要的速度为V低临=gR5☆最低点拉力大于最高点拉力ΔF=6mg②最高点状态:mg+T1=L2m高v(临界条件T1=0,临界速度V临=gR,V≥V临才能通过)最低点状态:T2-mg=L2m低v高到低过程机械能守恒:mg2Lmm221221高低vvT2-T1=6mg(g可看为等效加速度)②半圆：过程mgR=221mv最低点T-mg=R2vm绳上拉力T=3mg；过低点的速度为V低=gR2小球在与悬点等高处静止释放运动到最低点，最低点时的向心加速度a=2g③与竖直方向成角下摆时,过低点的速度为V低=)cos1(2gR,此时绳子拉力6T=mg(3-2cos)（3）有支承的小球：在竖直平面作圆周运动过最高点情况：①临界条件：杆和环对小球有支持力的作用知）（由RUmNmg2当V=0时，N=mg（可理解为小球恰好转过或恰好转不过最高点）圆心。增大而增大，方向指向随即拉力向下时，当④时，当③增大而减小，且向上且随时，支持力当②vNgRvNgRvNmgvNgRv)(000作用时，小球受到杆的拉力＞，速度当小球运动到最高点时时，杆对小球无作用力，速度当小球运动到最高点时长短表示）（力的大小用有向线段，但（支持）时，受到杆的作用力，速度当小球运动到最高点时NgRvNgRvmgNNgRv0恰好过最高点时，此时从高到低过程mg2R=221mv低点：T-mg=mv2/RT=5mg；恰好过最高点时，此时最低点速度：V低=gR2注意：物理圆与几何圆的最高点、最低点的区别(以上规律适用于物理圆,但最高点,最低点,g都应看成等效的情况)◆匀速圆周运动02222yxFRTmRmRvmF）（建立方程组在向心力公式Fn=mv2/R中，Fn是物体所受合外力所能提供的向心力，mv2/R是物体作圆周运动所需要的向心力。当提供的向心力等于所需要的向心力时，物体将作圆周运动；若提供的向心力消失或小于所需要的向心力时，物体将做逐渐远离圆心的运动，即离心运动。其中提供的向心力消失时，物体将沿切线飞去，离圆心越来越远；提供的向心力小于所需要的向心力时，物体不会沿切线飞去，但沿切线和圆周之间的某条曲线运动，逐渐远离圆心。7322)(33RhRGTGT远近模型七：万有引力1思路和方法：①卫星或天体的运动看成匀速圆周运动,②F心=F万(类似原子模型)2公式：G2rMm=man，又an=r)T2(rrv222，则v=rGM，3rGM，T=GMr233求中心天体的质量M和密度ρ由G2rMm==m2r=mr)T2(2M=232GTr4(恒量23Tr)ρ=2333343TGRrRM(当r=R即近地卫星绕中心天体运行时)ρ=2GT3（M=V球=34r3）s球面=4r2s=r2(光的垂直有效面接收，球体推进辐射)s球冠=2Rh轨道上正常转：F引=G2rMm=F心=ma心=mmRv22R=mm42n2R地面附近：G2RMm=mgGM=gR2(黄金代换式)mg=mRv2gRv=v第一宇宙=7.9km/s题目中常隐含：(地球表面重力加速度为g)；这时可能要用到上式与其它方程联立来求解。轨道上正常转：G2rMm=mRv2rGMv①沿圆轨道运动的卫星的几个结论:v=rGM，3rGM，T=GMr23②理解近地卫星：来历、意义万有引力≈重力=向心力、r最小时为地球半径、最大的运行速度=v第一宇宙=7.9km/s(最小的发射速度)；T最小=84.8min=1.4h③同步卫星几个一定：三颗可实现全球通讯(南北极仍有盲区)轨道为赤道平面T=24h=86400s离地高h=3.56ｘ104km(为地球半径的5.6倍)V同步=3.08km/s﹤V第一宇宙=7.9km/s=15o/h(地理上时区)a=0.23m/s2④运行速度与发射速度、变轨速度的区别⑤卫星的能量:r增v减小(EK减小Ep增加),所以E总增加;需克服引力做功越多,地面上需要的发射速度越大⑦卫星在轨道上正常运行时处于完全失重状态,与重力有关的实验不能进行⑥应该熟记常识：地球公转周期1年,自转周期1天=24小时=86400s,地球表面半径6.4ｘ103km表面重力加速度g=9.8m/s2月球公转周期30天8恒定加速度启动a定=Ffm定即F一定P↑=F定v↑即P随v的增大而增大当a=0时，v达到最大vm，此后匀速当P=P额时a定=Ffm定≠0，v还要增大F=Pv额a=Ffm∣→→匀加速直线运动→→→→∣→→→变加速（a↓）运动→→→→→∣→匀速运动→恒定功率启动速度V↑F=Pv定↓a=Ffm当a=0即F=f时，v达到最大vm保持vm匀速∣→→→变加速直线运动→→→→→→→∣→→→→匀速直线运动→→……模型八：汽车启动具体变化过程可用如下示意图表示．关键是发动机的功率是否达到额定功率，(1)若额定功率下起动,则一定是变加速运动,因为牵引力随速度的增大而减小．求解时不能用匀变速运动的规律来解。(2)特别注意匀加速起动时