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专题18模型建构
专题18
模型建构
【学习要点】
模拟实验
捕纵伉心
感件只体
拟关验
处理份息
非辩实验
茶韭业之米
模型
总维州象
过渡模型比推迎
逊构
枞维抽象
探究原型
构建模刚
韭构棋刚
思潍·只体
成州迁移
泛思小华
成用升华
【学习领航】
例1如图18-1()所示是一幅小型起重机吊起货物的图片，货物挂在动滑轮的下端，绳子的
自由端通过放置在起重机上的卷扬机竖直向上拉动，最右端是为了防止吊起货物时起重机向
左倾倒而挂的配重.起重机吊起重物时主要结构可简化成图18-1(b).已知AB,CD,DE水平
且长度为1m,BC段的水平距离CF也为1m,前轮与地的接触点在B点的正下方，后轮与地
的接触点在D点的正下方.起重机的自重（含配重）为3×104N,重心在CD中点.起重机的钢
丝绳重和滑轮与轴之间的摩擦不计，g取10N/kg
(1)为使起重机吊起货物时不发生倾倒，求起重机最多
B
能吊起货物的质量m.
(2)当起重机吊起质量m1=2×102kg的物体以v=
0.5ms的速度匀速上升时，卷扬机的输出功率P1=
1.1kW,求此时滑轮组的机械效率
(b)
(3)当起重机吊起质量m2=3×102kg的物体仍以
图18-1
v=0.5ms的速度匀速上升时，求卷扬机的输出功率P2.
147
专题18模型建构
考点追踪：
杠杆平衡条件，功、功率的简单计算，机械效率
试题精析：
本题将较为复杂的起重机简化为图18-1(b),然后我们还可以再将该图理想化为杠杆模
型，利用杠杆平衡条件求解.
(1)以前轮圆心作为支点，将物重和配重分别看作动力和阻力，已知两力臂AB,
FC+CD
的长，依据杠杆的平衡条件列式求解即可.
_W有8×100%计
(2)根据W有m=Gh=Gt计算有用功；根据W&=Pt计算总功，由？=Ws
算机械效率，
(3》根据P=F和F-G十G先计算动滑轮重，再计算提起质量为m,的物体时绳子
自由端拉力F',最后根据P2=F′·4计算卷扬机的输出功率P2·
解题逻辑：
复杂的起重机杠杆模型化繁为简
例2两个规格相同、装有不同体积空气的气球相连通，空气该如何流动？小明为此设计实验
展开探究。
【明确思路】
要判断空气如何流动，需知道两球内部空气
的关系
【收集证据】
+关10P
8
「关与‘求半径的关系
①尸
5
传感器
气球半径cm
工H
46
8
甲
图18-2
(1)如图18-2甲，将气球套在三通玻璃管的一端，用橡胶管把气压传感器和注射器分别与
三通玻璃管另外两端相连.用细线把气球、气压传感器和注射器与三通玻璃管的连接处扎紧，
防止
(2)将注射器内的空气，通过橡胶管为气球充气，充气结束后立刻用夹子
连接注
射器和三通玻璃管的橡胶管，记录气球半径和传感器显示的气压值.
(3)解开其中一根细线，拔出
,用注射器再次吸取一定体积的空气，重复以上
148[学习实践
的自转周期约3亿年仅变化0.1ms,因此可将脉冲星作
1.(1)
(2)变大变大
为计时基准.(3)脉冲星还是字宙中的“探针”，可应用于
探测引力波.引力波信号极其微弱，特别是纳赫兹(10
度四头月
Hz)引力波，难以直接观测.但是，引力波会使我们收到
的脉冲星的脉冲信号发生变化.我国科学家通过综合分
解析](1)
析多个脉冲星脉冲信号的变化，于2023年6月找到了纳
赫兹引力波存在的关键证据。
四头肌
6.(1)102(2)3V(3)202[解析](1)将滑片OP旋
转至M处，调节R。的阻值，电路为R。的简单电路，电路
中电流为0.6A,由欧姆定律可知电阻箱接入电路的阻值
(2)小腿从图示位置缓慢伸至水平位置，阻力臂的变化情
况是变大，阻力不变，动力臂不变，根据F,L1=F,L2,可
为R。=号=。6。=100(2)调节0为90时.圆弧电阻
得动力的变化情况是变大
的二分之一电阻值R中连人电路中与电阻箱串联，电压
2.C[解析]A.F点后俯冲加速段，发动机处于关闭状
表测变阻器的电压，电流表测电路的电流，电流表示数为
态，导弹向下俯冲，会被加速到极高的速度，说明F点的
0.3A,由欧姆定律可知电阻箱的电压为U2=I:R。=0.3A
速度不是最大，则动能不是最大，故A错误：B.O点到E
×10Ω=3V,由串联电路电压的规律，此时电压表示数
点的过程中，发动机点火加速升空，速度变大，动能变大，
Uv=U-U2=6V-3V=3V.(3)由欧姆定律可知R中
高度增大，重力势能增大，机械能变大，故B错误：C.G
Uv 3V
点到H点的过程中，在大气层外，没有空气阻力，机械能
了：一0.3A=100,调节0为180时圆弧电阻的最大
守恒，即机械能不变，故C正确；D.巡航阶段，主发动机
电阻为R带mx=2R中=2×102=20Q,根据已知条件可
的推力与阻力平衡，发动机工作消耗燃料，故D错误.
知，电压表的量程为0一3V,即变阻器的最大电压为
3.D[解析]A,B点弹力等于重力，A到B点过程中，重
3V,此时电阻箱的电压最小，电阻箱的阻值最小，此时电
力大于弹力，运动员做加速运动，A错误：B.从B点到C
Uv 3V
点过程中，由于弹力大于重力，所以物体的运动速度减
路中的电流为I全=R=20n=0,15A<0.6A根据
小，故动能减小，B错误；C.由图知，。时刻，绳的弹性势
串联电阻电压的规律电阻箱的电压为U箱=6V一3V
能最大，应达到了最低点，此时动能为零，C错误；D.由
3v根聚分E紧理有后二甲治兰满
图知，最后绳的弹性势能几乎不变，说明此时运动员已经
足要求的R。的最小阻值R箱mm=202.
静止下来，此时拉力与重力平衡，由图像知，重力等于
7.(1)①
1F=0.4\②0.04N③5×104m
0.6F。,D正确.
4.B[解析]孔隙体积与颗粒和孔隙总体积的比值称为孔
隙率e,假设容器的体积为V,装满后，颗粒的体积为(1
e)V;整体的质量等于颗粒的质量，m=P实(1一e)V;堆密
T(=0.4y
度P隆--生1-e
(2)①等于@低于③15℃(3)D(4)C[解析]
=P实(1一e),由于颗粒实心的密
(1)①图(a)中b悬浮，受到竖直向下的重力和竖直向上
度不变，则堆密度P维与孔隙率ε成一次函数关系，且随
1F=0,0-1
着e的增大而减小，故B正确；A错误.容器对水平桌面
的浮力，且两个力大小相等，如图所示：
的压力F等于容器重力和颗粒物的总重力，F=G彩十
mg=G#十P实(1一e)Vg,也是成一次函数关系，且随着e
TG=0.01N
的增大而诚小，故CD错误.
②b受到的浮力为F浮=G=mg=4×103kg×10N/kg
5.(1)脉冲信号(2)极其稳定的自转周期(3)①脉冲星
=0.04N;③由F带一P液gV排得b排开液体的体积为
②收到的脉冲星的脉冲信号发生变化[解析](1)电磁
F浮
0.04N
波束每扫过射电望远镜一次，射电望远镜就会收到一个
V.8X 10 kg/m 1N/x1m'.
脉冲信号，脉冲星便以此而得名.(2)脉冲星能够作为计
(2)①图(b)中b漂浮，受到的浮力也等于其自身的重力，
时基准是因为它具有极其稳定的自转周期.部分脉冲星
所以此时b所受浮力等于图(a)中b所受浮力：②③当外
25两种情况下的体积不同，由此我们猜想酒精分子和水分
图(a)可知，当物距的倒数与像距的倒数相等，都为
子的大小是不相等
0.05cm1时，物距等于像距等于二倍焦距，所以有2f=
专题17
图像分析
20cm,由此可知凸透镜的焦距f=10cm.(2)实验过程
[学习领航]
中，燃烧的蜡烛在不断缩短，烛焰位置不断向下，根据经
例1甲乙丁甲丙丁甲乙丙
过凸透镜光心的光线传播方向不变可知，光屏上的像向
例2C例3A例4C
上移动，烛焰的像将位于光屏中心的上方.(3)由图(b)所
例5(1)0~1s,3~5s(2)木箱所受的静摩擦力和水平推
示，物距大于像距，成的像为倒立、缩小的实像.在保持
力是一对平衡力，所以静摩擦力的大小等于水平推力的大小
(2)中蜡烛和光屏位置不变的情况下，将凸透镜向左移到
等于100N.图见题中分析的(c)图.
B处，相当于减小物距，增大像距，光屏上再次成清晰的
例6D例79105.4
像，根据光的可逆性原理，此时像距应该大于2倍焦距，
[学习实践]
则所成的像为倒立、放大的实像.(4)在上述探究活动中，
1.C[解析]声音的高低叫音调，音调与振动频率有关；在
若已知蜡烛与光屏间的距离为L。,蜡烛与凸透镜第一次
波形图中，波形的疏密程度表示频率的高低，波形越密，
所在位置A间的距离为L,根据成倒立、缩小实像的条
说明振动的频率越高，音调就越高，在图17-8中，音调相
件：“>2f,由此可知，1>2f,即f<乞；当凸透镜移到B
同的波形图有：甲、乙、丁：声音的大小叫响度，响度与振
位置时，因为在光屏上出现清晰的像，根据光的可逆性原
幅和人耳距离声源的远近有关，在波形图中，波峰和波谷
理可知，光屏到透镜位置B的距离为L,故透镜先后两次
间的最大距离表示振幅的大小，也可以理解成波形上下
所在位置A,B之间的距离为s=2L一L。.
起伏程度，上下起伏越大，表示振幅越大，响度就越大，在
5.D[解析]轻质细杆AB代表桔槔，可以看作一个杠杆：
图17-8中，响度相同的波形图有：乙、丙、丁：音色与发声
根据杠杆的平衡条件分析！变化时A端所受拉力的变
体的材料和结构有关，在波形图中，波的形状表示音色，
化：对物体M受力分析，判定压力、压强的变化.根据杠
在图17-8中，音色相同的波形图有：乙、丙.综上所述，本
杆的平衡条件T·1=TA·OA可知m向左移动的过程
题正确答案是C,
中，1变大：由于物体m的质量不变，重力不变，对C的拉
2.D[解析]在横轴和纵轴分别标出额定电流的一半
力不变，即T保持不变，故B错误.OA不变，1变大，根据
(0.25A)和额定电压的一半
(3V),如图所示.电阻是灯丝本
杠杆的平衡条件T·(=TA·OA可知TA与！成正比
0.25
身的一种性质，当灯泡两端电压
故A错误.对M受力分析，M受到竖直向下的重力，竖
和通过的电流都是0时，灯丝仍
0
3 T tV
直向上的拉力和支持力，根据物体间力的作用是相互的
可知，拉力等于T,M受到的重力不变，T4变大，则M
然有电阻，只不过是电阻比发光时小，但不为0，故A错
对地面的压力变小，故C错误.根据压强的计算公式p一
误.由图可知：当灯泡两端电压为3V时，通过灯泡的电
F
流大于0.25A,由P室=UIx可知，灯泡的实际功率大
，受力面积不变，压力变小，则压强变小，故D正确。
于3V×0.25A=0.75W,故B错误.对C,D两个答案，
6.B[解析]由图(a)滑轮组的结构可以看出，承担物重的
由图可知：当灯泡通过的电流为额定电流的一半时，实际
绳子股数n=3,则拉力F移动的距离s=3h.(1)由图(b)
电压低于额定电压的一半，此时灯泡的实际功率小于灯
可知，在0一1s内，拉力F=30N,将动滑轮和重物作为
泡两端的电压为额定电压的一半时的实际功率，灯泡发
研究对象，受到重物向下的重力G和动滑轮的重力G,
光更暗，灯丝温度更低，电阻更小，故C错误、D正确.
地面给物体向上的支持力F女，及三根绳子向上的拉力
3.海波熔化时温度保持不变海波的熔化过程经历了4分
F拉的作用，处于静止状态.已知滑轮组承担物重的绳子
钟[解析]图像是研究物理知识很常用的一种方法，本
股数n=3和拉力F拉，物体静止，设滑轮组对物体的拉力
题是考查根据学过的熔化图像获取信息，从图17-10可
获取以下信息：如熔化过程吸热但温度不变，熔化前吸热
为F,其关系为F牧=3(F'+G),F'=3F粒一G,地
温度升高，熔化后吸热温度升高，海波是一种晶体，等等
面对物体的支持力等于物体对地面的压力，等于物体的
4.(1)10(2)上(3)放大(4)<2L-L[解析](1)由
重力G减去整个滑轮组对物体的拉力F',F=G一F'=
23

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