高考常用24个物理模型

1 F m 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 F2 m1 m2 N1 VB 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 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 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 V0 gR 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 E m q L O 4 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 V0 2g 2 上升的时间 t V0 g 3 从抛出到落回原位置的时间 t 2 Vo 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 Vo t g t 2 Vt Vo g t Vt2 V o2 2gS S V t 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 V y gt 2yxv 0 xyvgttanxy Sx Vot 位移 2yg1s yx 00 2gt1ttan1vxy 由 得 21tan 即 xy 所以 x 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 5 过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 火车转弯 汽车过拱桥 凹桥 3 飞机做俯冲运动时 飞行员对座位的压力 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 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 002sinta vLRghvmLhgmg 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 mv 2 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 V V 临 实际上球还未到最高点就脱离了轨 道 恰能通过最高点时 mg Rm 2临v 临界速度V 临 gR 可认为距此点 h 或距圆的最低点 25h 处落下的物体 此时最低点需要的速度为V 低临 g5 最低点拉力大于最高点拉力 F 6mg 最高点状态 mg T 1 L 2高v 临界条件T 1 0 临界速度V 临 gR V V 临 才能通过 最低点状态 T 2 mg m低 高到低过程机械能守恒 gm121 高低 v T2 T1 6mg g可看为等效加速度 半圆 过程mgR 21 最低点T mg R2v 绳上拉力T 3mg 过低点的速度为V 低 6 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 2g 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 T 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 临界条件 杆和环对小球有支持力的作用 知 由 RUmNg2 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 时 当 增 大 而 减 小 且向 上 且 随时 支 持 力当 vNgRv Nmg 0 00 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 NgRvmg 0 恰好过最高点时 此时从高到低过程 mg2R 21mv 低点 T mg mv 2 R T 5mg 恰好过最高点时 此时最低点速 度 V 低 gR 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 0222yxFRTmRv 建 立 方 程 组 在向心力公式F n mv2 R中 F n是物体所受合外力所能提供的向心 力 mv 2 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 7 32 3RhGT 远近 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 模型七 万有引力 1 思路和方法 卫星或天体的运动看成匀速圆周运动 F 心 F 万 类似原子模型 2 公式 G 2rMm man 又 an r T2 rv 2 则 v rGM 3r T r3 3 求中心天体的质量 M 和密度 由 G 2r m 2r m r T 2 M 2 3GTr4 恒 量 334R 当 r R 即近地卫星绕中心天体运行时 2GT3 M V 球 4r3 s 球面 4 r2 s 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 G 2rMm F 心 ma 心 m Rv 2 2 R mm4 2 n2 R 地面附近 G 2R mg GM gR2 黄金代换式 mg m gv 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 G 2rm m Rv 2 rGM 沿圆轨道运动的卫星的几个结论 v 3rG T GMr23 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 4h 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 56 104km 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 s2 运行速度与发射速度 变轨速度的区别 8 恒定加 速度启 动 a 定 即 Ffm 定 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 0 Ffm 定 v 还要增大 F Pv 额 a Ff 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 v m 保持 vm 匀速 变加速直线运动 匀速直线运动 卫星的能量 r 增 v 减小 E K 减小 RX Avx 适于测大电 阻 Rx vA 外 R 测 vxvI Rx v 适于测小电 阻 RX n 倍的 Rx 通电前调到最大 调压 0 E 0 x 电压变化范围 大 要求电压 从 0 开始变化 Rx 比较大 R 滑 比较 小 R 滑全 Rx 2 通电前调到最小 20 R 滑 唯一 比较 R 滑 与 Rx 确 定 控制电路 Rx R 滑 10 Rx 限流方式 10X滑 分压接法 R 滑 R x 两种均可 从节能角度选限流 R 滑 不唯一 实难要求 确定控制电路 R 滑 实难要求 负载两端电压变化范围大 负载两端电压要求从 0 开始变化 电表量程较小而电源电动势较大 有以上 3 种要求都采用调压供电 无特殊要求都采用限流供电 模型二十一 半偏法测电阻 欧姆表测 使用方法 机械调零 选择量程 大到小 欧姆调零 测量读数时注 意挡位 即倍率 拨 off 挡 注意 测量电阻时 要与原电路断开 选择量程使指针在中央附近 每次换挡要重 新短接欧姆调零 电桥法测 XR321 132 半偏法测表电阻 断 s2 调 R1 使表满偏 闭 s2 调 R2 使表半偏 则 R 表 R2 图 A 图 B 半偏法测电流表内阻 图 A 先让电流通过电流表并使其满偏 然后接上电阻箱 R2 并调节它使电流表半偏 由于总电流几乎不变 电流表和 R2 上各有一半电流通过 意味着它们电阻相等 即为 电流表的内阻 Rg R2 1 先合下 S1 调节 R1 使电流表指针满偏 2 再合下 S2 保持电阻 R1 不变 调节 R2 使电流表指针半偏 记下 R2 的值 若 R1 R 2 则 Rg R2 一般情况 R 测量 R 真实 半偏法测电压表内阻 图 B 先调分压使电压表满偏 然后接上电阻箱 R2 并调节它使电压表半偏 由于总电 压几乎不变 电压表和 R2 上电流相同 意味着它们电阻相等 即为电压表的内阻 RV R2 1 先合下 S 调节 R2 0 再调节 R1 使电压表指针满偏 2 保持变阻器电阻 R1 不变 调节 R2 使电压表指针半偏 记下 R0 的值 若 R2 R 1 有 RV R2 一般情况 R 测量 R 真实 模型二十二 光学模型 美国迈克耳逊用旋转棱镜法较准确的测出了光速 反射定 律 物像关于镜面对称 由偏折程度直接判断各色光的 n G R2 S2 R1 S1 R1 S V R 2 21 折射定律 介空介 sinC90sinov 光学中的一个现象一串结论 色散现象 n v 波动性 衍射 C 临 干涉间 距 粒子性 E 光子 光电效应 红 黄 紫 小 大 大 小 大 明显 小 不明显 容易 难 大 小 大 小 小 不明显 大 明显 小 大 难 易 全反射现象 当入射角增大到某一角度 C 临 时 折射角达到 900 即是折射光线完全消失 只 剩下反射回玻璃中的光线 折射角变为 900 时的入射角叫临界角 全反射的条件 光密到光疏 入射角等于或大于临界角 应用 光纤通信 玻璃 sio2 内窥镜 海市蜃楼 沙膜蜃景 炎热夏天柏油路面上的蜃 景 理解 同种材料对不同色光折射率不同 同一色光在不同介质中折射率不同 双缝干涉 条件 f 相同 相位差恒定 即是两光的振动步调完全一致 亮条纹位置 S n 暗条纹位置 21 nS n 0 1 2 3 条纹间距 Ldax1 adLX d 两条狭缝间的距离 L 挡板与屏间的距离 测出 n 条亮条纹间的距离 光的电磁说 麦克斯韦根据电磁波与光在真空中的传播速度相同 提出光在本质上是一种电磁波 这就是光的电磁说 赫兹用实验证明了光的电磁说的正确性 电磁波谱 波长从大到小排列顺序为 无线电波 红外线 可见光 紫外线 X 射 线 射线 各种电磁波中 除可见光以外 相邻两个波段间都有重叠 无线电波 红外线 可见光 紫外线 X 射线 射线 组成频率波 波长 大 小 波动性 明显 不明显 频率 小 大 粒子性 不明显 明显 产生机理 在振荡电路 中 自由电 子作周期性 运动产生 原子的外层电子受到激发产生的 原子的内层 电子受到激 发后产生的 原子核受到 激发后产生 的 红外线 紫外线 X 射线的主要性质及其应用举例 种 类 产 生 主要性质 应用举例 红外线 一切物体都能发出 热效应 遥感 遥控 加热 紫外线 一切高温物体能发出 化学效应 荧光 杀菌 合成 VD2 X 射线 阴极射线射到固体表面 穿透能力强 人体透视 金属探伤 光五种学说 原始微粒说 牛顿 波动学说 惠更斯 电磁学说 麦克斯韦 光子说 爱因 斯坦 波粒两相性学说 德布罗意波 概率波 各种电磁波产生的机理 特性和应用 光的偏振现象说明光波是横波 也证明光的波 动性 激光的产生特点应用 单色性 方向性好 亮度高 相干性好 光电效应实验装置 现象 所得出的规律 四 爱因斯坦提出光子学说的背景 爱因斯坦光电效应方程 mV m2 2 hf W 0 一个光子的能量 E hf 决定了能否发生 光电效应 22 氢原子的能级图 n E eV 0 1 13 6 2 3 4 3 1 51 4 0 85 3 E1 E2 E3 光电效应规律 实验装置 现象 总结出四个规律 金属都有一个极限频率 入射光大于这个极限频率产生光电效应 低于这个频 率不产生光电效应 光电子的最大初动能与入射光的强度无关 只随入射光频率的增大 而增大 入射光照到金属上时 光子的发射几乎是瞬时的 一般不超过 10 9s 当入射光的频率大于极限频率时 光电流强度与入射光强度成正比 康普顿效应 石墨中的电子对 x 射线的散射现象 这个实验都证明光具有粒子性 模型二十三 玻尔模型 玻 尔 模 型 引 入 量 子 理 论 量 子 化 就 是 不 连 续 性 整 数 n 叫 量 子 数 提 出 了 三条假设 定态 原子只能处于不连续的能量状态 称为定态 电子虽然绕核运转 但不会向 外辐射能量 跃迁 原子从一种定态跃迁到另一种定态 要辐射 或吸收 一定频率的光子 其能量 由两定态的能量差决定 终初 Eh 辐射 吸收 光子的能量 为 hf E 初 E 末 氢原子跃迁的光谱线问题 一群氢原子可能辐射的光谱线条数 为 21 nCN 大量 处于 n 激发态原子跃迁到基态时的所有辐射方式 能量和轨道量子化 定态不连续 能量和轨道也不连续 即原子的不同能量状态跟电子沿不同的圆形轨道绕核运动相对应 原子的定态是不连续的 因此电子的可能轨道分布也是不连续的 氢原子在 n 能级的动能 势能 总能量的关系是 EP 2E K E E K EP E K 类似于卫星模型 由高能级到低能级时 动能增加 势能降低 且势能的降低量是动能增加量的 2 倍 故总能量 负 值 降低 量子数 模型二十四 放射现象和核反应 从贝克勒耳发现天然放射现象开始 人们认识到原子核也有复杂结构 各种放射线的性质比较 种 类 本 质 质 量 u 电 荷 e 速 度 c 电离 性 贯穿性 射 线 氦核 4 2 0 1 最强 最弱 纸能挡住 射 线 电子 1 184 0 1 0 99 较强 较强 穿几 mm 铝板 射 线 光子 0 0 1 最弱 最强 穿几 cm 铅 版 四种核反应类型 衰变 人工核转变 重核裂变 轻核骤变 衰变 衰变 e4239028HThU 实质 核内 Hen2410 衰变形成外切 同方向旋 衰变 Pa143490 实质 核内的中子转变成了质子和中 en0110 衰变形成内切 相反方向旋 且大圆为 粒子径迹 衰变 Si03415 核内 011 衰变 原子核处于较高能级 辐射光子后跃迁到低能级 TVkp 23 人工转变 HOeN1784217 发现质子的核反应 卢瑟福 用 粒子轰击氮核 并预言中子的存 在 nCB02694 发现中子的核反应 查德威克 钋产生的 射线轰击铍 PAl1352713 人工制造放射性同位素 正电子的发现 约里 奥居里和伊丽芙居里夫妇 粒子轰击铝箔 重核的裂变 n3KrBaU109261450239 在一定条件下 超过临界体积 裂变 反应会连续不断地进行下去 这就是链式反应 轻核的聚变 He021 需要几百万度高温 所以又叫热核反应 所有核反应的反应前后都遵守 质量数守恒 电荷数守恒 注意 质量并不守 恒 eSi3