题型3 计算题解题流程与方法 二轮专题(课件+学案)

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题型3 计算题解题流程与方法
破解1
解题流程“三部曲”
细读题,找题眼
读题时,要细致观察题中各个细节,用笔圈出关键性词语,这些关键词就是“题眼”,通过精准审题,得到试题要考查的内容.
准定位,细分析
在审题的基础上,通过确定研究对象,进行正确的受力分析与运动分析,画出受力图、运动草图、v-t图,识别核心物理图景,深度建构正确的物理模型.
三角度,定方程
在分析的基础上,从动力学、功能、动量三个角度,恰当选取核心物理规律,规范严谨地列出相应方程.
[2025南京调研]如图所示,一质量为M=2 kg、长为L=2 m 的木板静止在光滑水平面上,木板左端有一固定的弹性挡板,质量为m=2 kg的小滑块B(可视为质点)静置于木板A右端.现对木板施加一水平向右的恒定拉力F=16 N,直到木板和滑块第一次弹性碰撞前瞬间撤去F,木板到达传送带前已经与滑块共速.木板与传送带接触前瞬间被锁定,滑块冲上足够长的水平传送带,传送带始终以v0=2 m/s的速率逆时针转动,滑块与木板及传送带间的动摩擦因数均为μ=0.2,不计滑块经过传送带连接处的机械能损失,取重力加速度g=10 m/s2.已知质量相等的两物体发生弹性碰撞时交换速度.求:
1
【解】(1) 显而易见,A和B会发生相对滑动,两物体之间为滑动摩擦,对滑块B分析由牛顿第二定律μmg=ma1,
解得刚开始运动时滑块的加速度大小a1=2 m/s2,
对木板A分析,由牛顿第二定律F-μmg=Ma2,
解得木板的加速度大小a2=6 m/s2.
(1) 刚开始运动时滑块的加速度大小a1和木板的加速度大小a2;
(2) 滑块刚滑上传送带时的速度大小v;
(3) 整个过程中系统因摩擦产生的热量Q.
细读题,找题眼:细读本题,有以下几个关键词,“光滑水平面”“弹性挡板”“木板到达传送带前已经与滑块共速”“接触前瞬间被锁定”“逆向传送带”“质量相等的两物体发生弹性碰撞时交换速度”,这些关键透露出的信息有:“A和B会发生相对滑动,说明两物体之间为滑动摩擦”“A、B发生碰撞前的位移之差为L”“A、B发生碰撞后,碰撞瞬间交换速度”“碰后能达到共速”“根据逆向水平传送带特征可知B第一次返回就静止在A上,不会发生第二次碰撞”.
准定位,细分析:本题的第(1)问分别以A、B为研究对象,进行受力分析后,由牛顿第二定律即可得到;第(2)问中,相当于A、B的追及问题,根据运动学方程即可得到;第(3)问中,以系统为对象,应用能量守恒即可得到.
三角度,定方程:本题的第(1)问从动力学角度求解,第(2)问从运动学角度求解,第(3)问从能量角度求解.
破解2
热光原类计算题解题思路
这个内容的计算题在高考中往往是以小型计算题形式出现的,一般为2问,分值在6分至8分之间,特征是难度小、情境新,主要类型有:气体实验定律与热力学第一定律的应用、宏观量与微观量的计算、光的折射、光的全反射、光的干涉、光电效应、核能、半衰期等.
真空中一对半径均为R1的圆形金属板M、N圆心正对平行放置,两板距离为d,N板中心镀有一层半径为R2的圆形锌金属薄膜.N板受到波长为λ的紫外线持续照射,锌薄膜表面有大量方向各异的电子逸出.现将两金属板M、N与两端电压UMN可调的电源、灵敏电流计G连接成如图所示的电路.实验发现,当UMN=-U1时,电流计示数恰好为零.已知电子的质量为m,电荷量为e,普朗克常数为h.
2
(1) 求锌的逸出功W;
(2) 当UMN≥U2时,电流计示数始终为恒定值,求U2的值.
【解】(1) 当UMN=-U1时,电流计示数恰好为零,有
eU1=Ekm,
细读题,找“题眼”:细读本题,有以下几个关键词,“圆形金属板”、“紫外线持续照射”、“大量方向各异的电子逸出”、“电流计示数恰好为零”、“电流计示数始终为恒定值”.
准定位,细分析:本题的第(1)问中当UMN=-U1时,电流计示数恰好为零,说明光电子做减速运动,由动能定理即可得到光电子的最大初动能,再根据光电效应方程即可得到.第(2)问中当UMN≥U2时,电流计示数始终为恒定值,说明光电流达到饱和,所有光电子均到达极板,只要以vm沿平行于N板方向由圆形锌金属薄膜边缘逸出的电子能到达M板,则所有电子都能到达M板.
三角度,定方程:本题的第(1)问从功能角度求解,由动能定理与光电效应方程即可得到.第(2)问从动力学角度求解,由运动的合成与分解即可得到.
[2025盐城、南京期末]如图所示,在水平固定的圆柱形导热容器内用活塞密封一部分气体,活塞能无摩擦地滑动,容器的横截面积为S,将整个装置放在大气压恒为p0的空气中,开始时气体的温度为T0,活塞与容器底部的距离为L0,当活塞缓慢向左移动d后再次平衡,气体向外放出热量Q.求:
(1) 外界空气的温度T;
(2) 此过程中气体内能的变化量ΔU.
3
(2) 由热力学第一定律得ΔU=W-Q,W=p0dS,
ΔU=p0dS-Q.
细读题,找题眼:细读本题,有以下几个关键词,“导热容器”“密封一部分气体”“活塞能无摩擦地滑动”“活塞缓慢向左移动d后再次平衡”.
准定位,细分析:本题的第(1)问中以活塞为研究对象,根据题意与受力分析可知,封闭气体做等压变化.第(2)问中以气体为对象,做功与热传递改变内能.
三角度,定方程:本题的第(1)问由等压变化规律即可得到,第(2)问由热力学第一定律即可得到.
[2025苏州阳光指标调研]如图所示为半圆柱体氟磷玻璃砖的横截面,O为圆心,AB为直径,半径为R.一束单色光从A点以θ=60°的入射角由真空射入玻璃砖,光线恰好射到玻璃砖圆弧边
缘中点C.已知光在真空中的传播速度为c,求:
(1) 氟磷玻璃的折射率n;
(2) 光由A到C的传播时间t.(结果均用根号表示)
4
细读题,找题眼:细读本题,有以下几个关键词,“半圆柱体氟磷玻璃砖”“由真空射入玻璃砖”“光线恰好射到玻璃砖圆弧边缘中点C”.
准定位,细分析:本题中的第(1)问根据折射光路图可以得到,第(2)问根据光在玻璃中的匀速运动可以得到.
三角度,定方程:本题的第(1)问由折射定律即可得到,第(2)问由光在玻璃中的传播速度与速度公式即可得到.
(1) 写出该衰变方程式,并求电子的物质波波长λ;
(2) 有N个钴60发生了β衰变,求核反应中总的质量亏损Δm.
5
(2) N个钴60发生衰变产生的能量ΔE=N(E1+E2+E3),
质能方程ΔE=Δmc2,
细读题,找题眼:细读本题,有以下几个关键词,“动能为E1的电子”“忽略镍60的动能”“释放的核能全部转化为电子的动能和光子的能量”.
准定位,细分析:本题中的第(1)问要求物质波波长,首先要求得动量,再根据动能即可求得,第(2)问根据能量守恒与质能方程即可得到.
三角度,定方程:本题的第(1)问由动能求得动量,再根据物质波公式可得电子的波长,第(2)问由能量守恒与质能方程即可求得.
破解3
力学计算题解题思路
力学除振动与波外,计算题在高考中一般为最后两题,难度较大,力学模型变化多,常用的力学物理模型有:
1. 运动学中:多过程运动(加速、匀速、减速组合)、追及相遇、竖直上抛;
2. 牛顿定律与受力:斜面问题、连接体问题(弹簧/绳子)、传送带模型、板块模型;
3. 曲线运动:平抛、类平抛、圆周运动(竖直面/水平面);
4. 功能关系:动能定理应用、机械能守恒问题、功能原理应用、能量转化问题;
5. 动量:碰撞(弹性/非弹性爆炸反冲)、人船模型、动力学观点与能量动量观点综合问题;
6. 振动与波:简谐运动回复力/能量/图像分析、单摆、波的传播叠加、干涉衍射定性分析.
[2025南通、泰州、扬州等八市调研]如图所示,长L=1.0 m的轻质板C静止在光滑水平面上,小物块A、B分别静置在板C的左右两端,质量mA、mB均为1.0 kg,A、B与C间的动摩擦因数分别为μA=0.4、μB=0.2.现给A施加水平向右的推力,使它们开始运动,已知最大静摩擦力等于滑动摩擦力,A、B间的碰撞为弹性碰撞,取重力加速度g=10 m/s2.
(1) 若推力大小F1=2.0 N,A、B、C以相同的加速度一起运动,求加速度大小a及B受到的摩擦力大小fB;
6
(2) 若推力大小F2=6.0 N,B相对C运动,求从B开始运动到与A刚要发生碰撞的过程中,B所受摩擦力的冲量大小I;
(3) 若推力大小F2=6.0 N,经时间t=1.0 s撤去推力,A、B、C继续运动到稳定状态,求整个过程中产生的热量Q.
【解】(1) 对A、B、C,由牛顿第二定律F1=(mA+mB)a,
代入数据解得a=1.0 m/s2,
对B,由牛顿第二定律fB=mBa,
代入数据解得fB=1 N.
(2) A、C相对静止,
对A、C,由牛顿第二定律F2-μBmBg=mAaA,
对B,由牛顿第二定律μBmBg=mBaB,
从B开始运动到与A刚要发生碰撞的过程的位移关系
代入数据解得t=1.0 s,
B所受摩擦力的冲量I=μBmBgt,
代入数据解得I=2.0 N·s.
(3) 经时间t=1.0 s撤去推力时,A、C的速度vA=aAt,
代入数据解得vA=4.0 m/s,B的速度vB=aBt,
代入数据解得vB=2.0 m/s,
A与B发生碰撞后,设A、B最终共速且B没有滑离C,对系统,从撤去推力至共速过程,由动量守恒定律有
mAvA+mBvB=(mA+mB)v,
由能量守恒定律有
解得Δx=0.5 mA、B最终共速且B没有滑离C,整个过程中产生的热量
Q=μBmBg(L+Δx),代入数据解得Q=3.0 J.
细读题,找题眼:细读本题,有以下几个关键词:“静止”“光滑水平面”“弹性碰撞”.
准定位,细分析:本题中的第(1)问要求A、B、C以相同的加速度一起运动时加速度大小及B受到的摩擦力大小fB,首先考虑用整体法求加速度,然后用隔离法求摩擦力;第(2)问,推力增大,B与C发生相对滑动,AC仍为一个整体;第(3)问中,经时间t=1.0 s撤去推力,说明AB碰撞瞬间动量守恒.
三角度,定方程:本题的第(1)问分别对整体及B应用牛顿第二定律即可得到;第(2)问分别对AC整体及B应用牛顿第二定律,再根据冲量定义即可得到;第(3)问对系统运用动量守恒定律、能量守恒定律即可得到.
破解4
电学计算题解题思路
除电路、交流电与变压器问题外,电学在高考中的计算题一般为最后两题,难度较大,电学模型较多,常用的电学物理模型有:
1. 带电粒子在场中:电场中的加速偏转(平抛)、磁场中的匀速圆周运动、组合场、叠加场(速度选择器、磁流体发电机);
2. 电磁感应:单/双棒切割磁感线问题、动生电动势、感生电动势与电路结合、含电容器问题;
3. 电路分析:直流电路计算、含电动机、非纯电阻电路能量分析;
4. 交流电与变压器:正弦表达式相关问题、有效值计算、变压器动态分析.
[2025广东卷]如图是研究颗粒碰撞荷电特性装置的简化图.两块水平绝缘平板与两块竖直的平行金属平板相接.金属平板之间接高压电源产生匀强电场.一带电颗粒从上方绝缘平板左端A点处,由静止开始向右下方运动,与下方绝缘平板在B点处碰撞,碰撞时电荷量改变,反弹后离开下方绝缘平板瞬间,颗粒的速度与所受合力垂直,其水平分速度与碰前瞬间相同,竖直分速度大小变为碰前瞬间
的k倍(k<1).已知颗粒质量为m,两绝缘平板间的距
离为h,两金属平板间的距离为d,B点与左平板的
距离为l,电源电压为U,重力加速度为g.忽略空气
阻力和电场的边缘效应.求:
7
(1) 颗粒碰撞前的电荷量q;
(2) 颗粒在B点碰撞后的电荷量Q;
(3) 颗粒从A点开始运动到第二次碰撞过程中,电场力对它做的功W.
细读题,找题眼:细读本题,有以下几个关键词:“匀强电场”“颗粒的速度与所受合力垂直”“水平分速度与碰前瞬间相同”“竖直分速度大小变为碰前瞬间的k倍”.
准定位,细分析:本题主要考查带电物体(计重力)在匀强电场中的直线运动、带电物体(计重力)在匀强电场中的一般运动,第(1)问中求颗粒碰撞前的电荷量,只要根据两个方向的独立运动时间相同,即可求得;第(2)问求颗粒在B点碰撞后的电荷量,主要研究碰撞前后两个方向的运动关系即可求得;第(3)问求颗粒从A点开始运动到第二次碰撞过程中,电场力对它做的功,竖直方向根据碰撞前后速度关系求出时间,水平方向根据颗粒做匀加速直线运动求出距离.
三角度,定方程:本题的第(1)问运用运动的合成与分解,结合运动学方程求解;第(2)问根据合力与运动的关系,结合运动学方程求解;第(3)问根据功的公式求解.
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高考物理计算题具有知识与方法的综合性高、源于实际与模型的情境化强、过程与状态的分析要求高、数学运算能力要求高、逻辑推理表述要求高等特征,所以区分度一般都比较高.对计算题的应对,不仅要有扎实的基础、清晰的知识网络,而且还要较强的识模、建模、用模能力,规范审题,明确过程与状态,建立清晰的解题逻辑链,建立准确的方程组并规范求解.
破解1 解题流程“三部曲”
细读题,找题眼
读题时,要细致观察题中各个细节,用笔圈出关键性词语,这些关键词就是“题眼”,通过精准审题,得到试题要考查的内容.
准定位,细分析
在审题的基础上,通过确定研究对象,进行正确的受力分析与运动分析,画出受力图、运动草图、vt图,识别核心物理图景,深度建构正确的物理模型.
三角度,定方程
在分析的基础上,从动力学、功能、动量三个角度,恰当选取核心物理规律,规范严谨地列出相应方程.
[2025南京调研]如图所示,一质量为M=2 kg、长为L=2 m 的木板静止在光滑水平面上,木板左端有一固定的弹性挡板,质量为m=2 kg的小滑块B(可视为质点)静置于木板A右端.现对木板施加一水平向右的恒定拉力F=16 N,直到木板和滑块第一次弹性碰撞前瞬间撤去F,木板到达传送带前已经与滑块共速.木板与传送带接触前瞬间被锁定,滑块冲上足够长的水平传送带,传送带始终以v0=2 m/s的速率逆时针转动,滑块与木板及传送带间的动摩擦因数均为μ=0.2,不计滑块经过传送带连接处的机械能损失,取重力加速度g=10 m/s2.已知质量相等的两物体发生弹性碰撞时交换速度.求:
(1) 刚开始运动时滑块的加速度大小a1和木板的加速度大小a2;
(2) 滑块刚滑上传送带时的速度大小v;
(3) 整个过程中系统因摩擦产生的热量Q.
                                    
                                    
                                    
                                    
                                    
                                    
                                    
细读题,找题眼:细读本题,有以下几个关键词,“光滑水平面”“弹性挡板”“木板到达传送带前已经与滑块共速”“接触前瞬间被锁定”“逆向传送带”“质量相等的两物体发生弹性碰撞时交换速度”,这些关键透露出的信息有:“A和B会发生相对滑动,说明两物体之间为滑动摩擦”“A、B发生碰撞前的位移之差为L”“A、B发生碰撞后,碰撞瞬间交换速度”“碰后能达到共速”“根据逆向水平传送带特征可知B第一次返回就静止在A上,不会发生第二次碰撞”.
准定位,细分析:本题的第(1)问分别以A、B为研究对象,进行受力分析后,由牛顿第二定律即可得到;第(2)问中,相当于A、B的追及问题,根据运动学方程即可得到;第(3)问中,以系统为对象,应用能量守恒即可得到.
三角度,定方程:本题的第(1)问从动力学角度求解,第(2)问从运动学角度求解,第(3)问从能量角度求解.
破解2 热光原类计算题解题思路
这个内容的计算题在高考中往往是以小型计算题形式出现的,一般为2问,分值在6分至8分之间,特征是难度小、情境新,主要类型有:气体实验定律与热力学第一定律的应用、宏观量与微观量的计算、光的折射、光的全反射、光的干涉、光电效应、核能、半衰期等.
真空中一对半径均为R1的圆形金属板M、N圆心正对平行放置,两板距离为d,N板中心镀有一层半径为R2的圆形锌金属薄膜.N板受到波长为λ的紫外线持续照射,锌薄膜表面有大量方向各异的电子逸出.现将两金属板M、N与两端电压UMN可调的电源、灵敏电流计G连接成如图所示的电路.实验发现,当UMN=-U1时,电流计示数恰好为零.已知电子的质量为m,电荷量为e,普朗克常数为h.
(1) 求锌的逸出功W;
(2) 当UMN≥U2时,电流计示数始终为恒定值,求U2的值.
                                    
                                    
                                    
                                    
细读题,找“题眼”细读本题,有以下几个关键词,“圆形金属板”、“紫外线持续照射”、“大量方向各异的电子逸出”、“电流计示数恰好为零”、“电流计示数始终为恒定值”.
准定位,细分析本题的第(1)问中当UMN=-U1时,电流计示数恰好为零,说明光电子做减速运动,由动能定理即可得到光电子的最大初动能,再根据光电效应方程即可得到.第(2)问中当UMN≥U2时,电流计示数始终为恒定值,说明光电流达到饱和,所有光电子均到达极板,只要以vm沿平行于N板方向由圆形锌金属薄膜边缘逸出的电子能到达M板,则所有电子都能到达M板.
三角度,定方程本题的第(1)问从功能角度求解,由动能定理与光电效应方程即可得到.第(2)问从动力学角度求解,由运动的合成与分解即可得到.细读题,找题眼:细读本题,有以下几个关键词,“导热容器”“密封一部分气体”“活塞能无摩擦地滑动”“活塞缓慢向左移动d后再次平衡”.
准定位,细分析:本题的第(1)问中以活塞为研究对象,根据题意与受力分析可知,封闭气体做等压变化.第(2)问中以气体为对象,做功与热传递改变内能.
三角度,定方程:本题的第(1)问由等压变化规律即可得到,第(2)问由热力学第一定律即可得到.
[2025盐城、南京期末]如图所示,在水平固定的圆柱形导热容器内用活塞密封一部分气体,活塞能无摩擦地滑动,容器的横截面积为S,将整个装置放在大气压恒为p0的空气中,开始时气体的温度为T0,活塞与容器底部的距离为L0,当活塞缓慢向左移动d后再次平衡,气体向外放出热量Q.求:
(1) 外界空气的温度T;
(2) 此过程中气体内能的变化量ΔU.
                                    
                                    
                                    
                                    
                                    
细读题,找题眼:细读本题,有以下几个关键词,“导热容器”“密封一部分气体”“活塞能无摩擦地滑动”“活塞缓慢向左移动d后再次平衡”
准定位,细分析:本题的第(1)问中以活塞为研究对象,根据题意与受力分析可知,封闭气体做等压变化.第(2)问中以气体为对象,做功与热传递改变内能.
三角度,定方程:本题的第(1)问由等压变化规律即可得到,第(2)问由热力学第一定律即可得到.
[2025苏州阳光指标调研]如图所示为半圆柱体氟磷玻璃砖的横截面,O为圆心,AB为直径,半径为R.一束单色光从A点以θ=60°的入射角由真空射入玻璃砖,光线恰好射到玻璃砖圆弧边缘中点C.已知光在真空中的传播速度为c,求:
(1) 氟磷玻璃的折射率n;
(2) 光由A到C的传播时间t.(结果均用根号表示)
                                    
                                    
                                    
                                    
                                    
                                    
                                    
                                    
                                    
                                    
                                    
细读题,找题眼:细读本题,有以下几个关键词,“半圆柱体氟磷玻璃砖”“由真空射入玻璃砖”“光线恰好射到玻璃砖圆弧边缘中点C”.
准定位,细分析:本题中的第(1)问根据折射光路图可以得到,第(2)问根据光在玻璃中的匀速运动可以得到.
三角度,定方程:本题的第(1)问由折射定律即可得到,第(2)问由光在玻璃中的传播速度与速度公式即可得到.
[2025南通、泰州、扬州等八市调研]一个静止的钴60(Co)在某条件下发生β衰变生成镍60(Ni),放出动能为E1的电子,同时释放能量分别为E2、E3的两个γ光子,忽略镍60的动能,释放的核能全部转化为电子的动能和光子的能量.已知电子的质量为m,普朗克常量为h,真空中光速为c,不考虑相对论效应.
(1) 写出该衰变方程式,并求电子的物质波波长λ;
(2) 有N个钴60发生了β衰变,求核反应中总的质量亏损Δm.                                    
                                    
                                    
                                    
                                    
                                    
                                    
                                    
                                    
                                    
                                    
细读题,找题眼:细读本题,有以下几个关键词,“动能为E1的电子”“忽略镍60的动能”“释放的核能全部转化为电子的动能和光子的能量”.
准定位,细分析:本题中的第(1)问要求物质波波长,首先要求得动量,再根据动能即可求得,第(2)问根据能量守恒与质能方程即可得到.
三角度,定方程:本题的第(1)问由动能求得动量,再根据物质波公式可得电子的波长,第(2)问由能量守恒与质能方程即可求得.
破解3 力学计算题解题思路
力学除振动与波外,计算题在高考中一般为最后两题,难度较大,力学模型变化多,常用的力学物理模型有:
1. 运动学中:多过程运动(加速、匀速、减速组合)、追及相遇、竖直上抛;
2. 牛顿定律与受力:斜面问题、连接体问题(弹簧/绳子)、传送带模型、板块模型;
3. 曲线运动:平抛、类平抛、圆周运动(竖直面/水平面);
4. 功能关系:动能定理应用、机械能守恒问题、功能原理应用、能量转化问题;
5. 动量:碰撞(弹性/非弹性爆炸反冲)、人船模型、动力学观点与能量动量观点综合问题;
6. 振动与波:简谐运动回复力/能量/图像分析、单摆、波的传播叠加、干涉衍射定性分析.
[2025南通、泰州、扬州等八市调研]如图所示,长L=1.0 m的轻质板C静止在光滑水平面上,小物块A、B分别静置在板C的左右两端,质量mA、mB均为1.0 kg,A、B与C间的动摩擦因数分别为μA=0.4、μB=0.2.现给A施加水平向右的推力,使它们开始运动,已知最大静摩擦力等于滑动摩擦力,A、B间的碰撞为弹性碰撞,取重力加速度g=10 m/s2.
(1) 若推力大小F1=2.0 N,A、B、C以相同的加速度一起运动,求加速度大小a及B受到的摩擦力大小fB;
(2) 若推力大小F2=6.0 N,B相对C运动,求从B开始运动到与A刚要发生碰撞的过程中,B所受摩擦力的冲量大小I;
(3) 若推力大小F2=6.0 N,经时间t=1.0 s撤去推力,A、B、C继续运动到稳定状态,求整个过程中产生的热量Q.
                                    
                                    
                                    
                                    
                                    
                                    
                                    
                                    
                                    
                                    
                                    
细读题,找题眼:细读本题,有以下几个关键词:“静止”“光滑水平面”“弹性碰撞”.
准定位,细分析:本题中的第(1)问要求A、B、C以相同的加速度一起运动时加速度大小及B受到的摩擦力大小fB,首先考虑用整体法求加速度,然后用隔离法求摩擦力;第(2)问,推力增大,B与C发生相对滑动,AC仍为一个整体;第(3)问中,经时间t=1.0 s撤去推力,说明AB碰撞瞬间动量守恒.
三角度,定方程:本题的第(1)问分别对整体及B应用牛顿第二定律即可得到;第(2)问分别对AC整体及B应用牛顿第二定律,再根据冲量定义即可得到;第(3)问对系统运用动量守恒定律、能量守恒定律即可得到.
破解4 电学计算题解题思路
除电路、交流电与变压器问题外,电学在高考中的计算题一般为最后两题,难度较大,电学模型较多,常用的电学物理模型有:
1. 带电粒子在场中:电场中的加速偏转(平抛)、磁场中的匀速圆周运动、组合场、叠加场(速度选择器、磁流体发电机);
2. 电磁感应:单/双棒切割磁感线问题、动生电动势、感生电动势与电路结合、含电容器问题;
3. 电路分析:直流电路计算、含电动机、非纯电阻电路能量分析;
4. 交流电与变压器:正弦表达式相关问题、有效值计算、变压器动态分析.
[2025广东卷]如图是研究颗粒碰撞荷电特性装置的简化图.两块水平绝缘平板与两块竖直的平行金属平板相接.金属平板之间接高压电源产生匀强电场.一带电颗粒从上方绝缘平板左端A点处,由静止开始向右下方运动,与下方绝缘平板在B点处碰撞,碰撞时电荷量改变,反弹后离开下方绝缘平板瞬间,颗粒的速度与所受合力垂直,其水平分速度与碰前瞬间相同,竖直分速度大小变为碰前瞬间的k倍(k<1).已知颗粒质量为m,两绝缘平板间的距离为h,两金属平板间的距离为d,B点与左平板的距离为l,电源电压为U,重力加速度为g.忽略空气阻力和电场的边缘效应.求:
(1) 颗粒碰撞前的电荷量q;
(2) 颗粒在B点碰撞后的电荷量Q;(3) 颗粒从A点开始运动到第二次碰撞过程中,电场力对它做的功W.
                                    
                                    
                                    
                                    
                                    
                                    
                                    
                                    
                                    
                                    
                                    
                                 
细读题,找题眼:细读本题,有以下几个关键词:“匀强电场”“颗粒的速度与所受合力垂直”“水平分速度与碰前瞬间相同”“竖直分速度大小变为碰前瞬间的k倍”.
准定位,细分析:本题主要考查带电物体(计重力)在匀强电场中的直线运动、带电物体(计重力)在匀强电场中的一般运动,第(1)问中求颗粒碰撞前的电荷量,只要根据两个方向的独立运动时间相同,即可求得;第(2)问求颗粒在B点碰撞后的电荷量,主要研究碰撞前后两个方向的运动关系即可求得;第(3)问求颗粒从A点开始运动到第二次碰撞过程中,电场力对它做的功,竖直方向根据碰撞前后速度关系求出时间,水平方向根据颗粒做匀加速直线运动求出距离.
三角度,定方程:本题的第(1)问运用运动的合成与分解,结合运动学方程求解;第(2)问根据合力与运动的关系,结合运动学方程求解;第(3)问根据功的公式求解.
题型3 计算题解题流程与方法
【例1】 (1) 显而易见,A和B会发生相对滑动,两物体之间为滑动摩擦,对滑块B分析由牛顿第二定律μmg=ma1,
解得刚开始运动时滑块的加速度大小a1=2 m/s2,
对木板A分析,由牛顿第二定律F-μmg=Ma2,
解得木板的加速度大小a2=6 m/s2.
(2) A、B发生碰撞前,由运动学公式xA=a2t2,xB=a1t2,由几何关系xA-xB=L,
联立可得t=1 s,vA=6 m/s,vB=2 m/s,
A、B发生碰撞后,碰撞瞬间交换速度vA1=2 m/s,vB1=6 m/s,
碰后受力分析得aA=aB=a=μg=2 m/s2,
碰后至共速过程中vB1-at′=vA1+at′=v共,
则x相对=·t′-·t′,
解得t′=1 s,v共=4 m/s,x相对=2 m=L,
即滑块B和木板A达到共速瞬间运动至板的最右端,最终滑上传送带的速度v=v共=4 m/s.
(3) 由逆向水平传送带特征知,滑块滑上传送带后会以v0返回,因为返回后以加速度a减速,有 =1 m所以第一次返回就静止在A上,不会发生第二次碰撞,由能量守恒定律得
Q=μmg×2L+m(v+v0)2+mv=56 J.
【例2】 (1) 当UMN=-U1时,电流计示数恰好为零,有
eU1=Ekm,
根据光电效应方程有Ekm=h-W,
解得锌的逸出功W=h-eU1.
(2) 当UMN≥U2时,电流计示数始终为恒定值,即达到了饱和光电流,也就是所有从锌薄膜表面逸出的电子都到达金属板M,电子的最大初动能为Ekm=eU1,
又Ekm=mv,
只要以vm沿平行于N板方向由圆形锌金属薄膜边缘逸出的电子能到达M板,则所有电子都能到达M板,该电子恰好到达M板对应的UMN即等于U2,根据类平抛运动知识有
vmt=R1-R2,d=at2,
又a=,E=,
联立解得U2=U1.
【例3】 (1) 由等压变化规律可得 =,
解得T=T0.
(2) 由热力学第一定律得ΔU=W-Q,W=p0dS,
ΔU=p0dS-Q.
【例4】 (1) 据题意,折射角为45°,由折射定律得=n,所以该玻璃的折射率n=.
(2) AC的距离lAC=R,
光在玻璃中的传播速度v=,
所以光由A到C的传播时间t==.
【例5】 (1) 衰变方程Co→Ni+e,
电子的动量p=mv,
电子的动能E1=mv2,
电子的波长λ=,
解得λ=.
(2) N个钴60发生衰变产生的能量ΔE=N(E1+E2+E3),
质能方程ΔE=Δmc2,
解得Δm=.
【例6】 (1) 对A、B、C,由牛顿第二定律F1=(mA+mB)a,
代入数据解得a=1.0 m/s2,
对B,由牛顿第二定律fB=mBa,
代入数据解得fB=1 N.
(2) A、C相对静止,
对A、C,由牛顿第二定律F2-μBmBg=mAaA,
对B,由牛顿第二定律μBmBg=mBaB,
从B开始运动到与A刚要发生碰撞的过程的位移关系
L=aAt2-aBt2,
代入数据解得t=1.0 s,
B所受摩擦力的冲量I=μBmBgt,
代入数据解得I=2.0 N·s.
(3) 经时间t=1.0 s撤去推力时,A、C的速度vA=aAt,
代入数据解得vA=4.0 m/s,B的速度vB=aBt,
代入数据解得vB=2.0 m/s,
A与B发生碰撞后,设A、B最终共速且B没有滑离C,对系统,从撤去推力至共速过程,由动量守恒定律有
mAvA+mBvB=(mA+mB)v,
由能量守恒定律有
μBmBgΔx=mAv+mBv-(mA+mB)·v2,
解得Δx=0.5 mA、B最终共速且B没有滑离C,整个过程中产生的热量
Q=μBmBg(L+Δx),代入数据解得Q=3.0 J.
【例7】 (1) 根据题意可知,颗粒在竖直方向上做自由落体运动,则有h=gt2,
水平方向上做匀加速直线运动,则有=ma,l=at2,
解得q=.
(2) 根据题意可知,颗粒与绝缘板第一次碰撞时,竖直分速度为vy1=,
水平分速度为vx1==,
则第一次碰撞后竖直分速度为vy2=kvy1=k.
设第一次碰撞后颗粒速度方向与水平方向夹角为θ,则有tan θ==,
由于第一次碰撞后瞬间颗粒所受合力与速度方向垂直,则有tan θ==,
联立解得Q=.
(3) 根据题意可知,由于k<1,则第一次碰撞后颗粒不能返回上绝缘板,若颗粒第二次碰撞是和下绝缘板碰撞,设从第一次碰撞后到第二次碰撞前的运动时间为t′,则有
t′==2k,
水平方向上做匀加速直线运动,加速度为a′==,
水平方向运动的距离为l′=vx1t′+a′t′2=4kl+,
则电场对颗粒做的功为W=+=+4k2mgh+,
若l+l′>d,则颗粒第二次碰撞是和右侧金属板碰撞,则颗粒从第一次碰撞到第二次碰撞过程中水平方向位移为d-l,颗粒从A点开始运动到第二次碰撞过程中,电场对颗粒做的功为W′=+=+.

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