高考物理复习方法-核能的分析与计算及力电综合问题思路分析.docx

高考物理复习方法一、明确重点，主干知识网络化，掌握分析问题解决问题的方法牛顿运动定律，功能关系，动量守恒定律，带电粒子在电磁场中的运动，电磁感应等是物理学的重点知识。从近年理综试题上看，重点知识的考察占分约80%，复习中要要认真搞好专题复习，对物理学的主干知识（考试说明中的层次内容），应做到深刻理解，并能灵活运用。要通过归纳、类比、图表、知识结构图等形式，将分布在各章节零散而又有内在联系的知识点联系起来，形成便于记忆和巩固的知识网络，从新的高度把握整个知识结构体系，为知识的迁移奠定坚实的基础。第二轮复习可以把高中物理划分成八个大的单元：运动和力；动量与能量；热学；带电粒子在电、磁场中的运动；电磁感应与电路分析；力、电和力、热的综合；光学和原子物理；物理实验。在第二轮复习中，应打破章节限制，抓住知识系统的主线，对基础知识进行集中提炼、梳理和串联，将隐藏在纷繁内容中的最主要的概念、规律、原理以及知识间的联系整理出来，形成自己完整的知识体系和结构，使知识在理解的基础上高度系统化、网络化，明确重点并且力争达到熟练记忆。熟练掌握物理基本分析方法：受力分析方法；运动分析方法；过程分析方法；状态分析方法；动量分析方法；能量分析方法；电路分析方法；光路分析方法；图像分析方法；数据处理方法。二、看题设问，查缺补漏在复习中，如何判断自己是否掌握了某一类知识或某一种方法呢？可拿出你以前做过的习题，尝试判断题目的类型，考点（知识背景），常用解法及特殊解法，解法的具体步骤、关键步、易错处，以及此题常见的变化物理情景及其解决办法，以上设问如果能在两分钟内回答出来，说明真正掌握了此类知识。在第二轮复习阶段，这样的“看题设问”训练远比单纯地做题来得重要。在复习时，应该把注意力放在基本物理知识和基本物理规律上，要注意同一知识点所考查角度的变化、转换。减少成套练习，多做一些自己薄弱点的练习题，有重点、有专题地做题。此外，复习应以知识点为线索、以解题方法为导向，将错题归类进行针对性矫正，根据错误类型进行针对性的变式训练。三、构造模型，以图像突破难点复习中有许多模型需要我们细心地揣摩。例如常见理想化模型：质点、匀速直线运动、平抛运动、单摆、弹簧振子、弹性碰撞、轻绳、轻杆、轻弹簧、理想气体、理想变压器复习时，同学们应着重理解各种理想化模型的特点，掌握规律。图像在表述物理规律或现象时更是直接明了，而近年来高考对图像要求也越来越多，越来越高。对于图像，同学们应从四个方面去细心揣摩：（1）坐标轴的物理意义；（2）斜率的物理意义；（3）截距的物理意义；（4）曲线与坐标轴所围面积的物理意义。另外，图像也包括分析某个物理问题画出的过程分析草图。很多高考题若能画草图分析，方程就在图中。可以将原来散见于力学、热学、电学、光学等章节的图像，如v-t图、p-v图、U-I图、F-S图、Ek-v图等进行对比分析，再将这些零散的知识点综合起来，从图像的纵轴、横轴的含义，截距，斜率，曲直，所围面积等诸多方面全方位认识图像的物理意义，这样对难点知识的掌握程度和应用能力会有大幅度提高。四、高考试题内容比例（供复习内容和时间的计划安排时参考）力学 约 38；电磁学 约 38；热学 约 8；光学 约 8；原子物理学 约8实验(包括在以上各部分内容中)约13；试卷中易、中、难试题的占分比例控制在3：5：2左选择题的分数约26.7；实验题的分数约13.3；论述、计算题的分数 约 60 (决定高考分值高低)五、友情提示复习应紧扣复习大纲，加强重点内容的复习，同时要查缺补漏，知识不留死角。注意难点3超纲，请注意合理选择复习内容。本资料内容来优盟教育中心，由优盟教育中心 物理教育组 整理编辑。难点20 核能的分析与计算核能的开发与利用是一个社会热点问题，以此为背景的命题既是3+X高考的热点，亦是考生应考的难点.难点展台www.ks5u.com1.（）裂变反应是目前核能利用中常用的反应.以原子核U为燃料的反应堆中，当U俘获一个慢中子后发生的裂变反应可以有多种方式，其中一种可表示为U +n Xe + Sr +3n235.0439 1.0087 138.9178 93.9154反应方程下方的数字是中子及有关原子的静止质量（以原子质量单位u为单位）.已知 1 u的质量对应的能量为9.3102MeV,此裂变反应释放出的能量是_MeV.2.（）假设在NaCl蒸气中存在由钠离子Na和氯离子Cl靠静电相互作用构成的单个NaCl分子.若取Na与Cl相距无限远时其电势能为零，一个NaCl分子的电势能为-6.1 eV.已知使一个中性钠原子Na最外层的电子脱离钠原子而形成钠离子 Na所需的能量（电离能）为5.1 eV，使一个中性氯原子Cl结合一个电子形成氯离子Cl所放出的能量（亲和能）为3.8 eV.由此可算出，在将一个NaCl分子分解成彼此远离的中性钠原子Na和中性氯原子Cl的过程中，外界供给的总能量等于_eV.案例探究例1（）如下一系列核反应是在恒星内部发生的，P+CNNC+e+P+CNP+NOON+e+P+NC+其中P为质子，为粒子，e+为正电子，为一种中微子.已知质子的质量为mp=1.67264810-27 kg，粒子的质量为m=6.64492910-27 kg，正电子的质量为me=9.1110-31 kg，中微子的质量可忽略不计.真空中的光速c=3.00108 m/s.试计算该系列核反应完成后释放的能量.命题意图：考查质能方程及能量守恒的理解应用能力.属B级要求.错解分析：（1）由于核反应较多，少数考生在合并反应方程时发生错误.（2）部分考生由于数字计算出错而失分.解题方法与技巧：为求出系列反应后释放的能量，可将题中所给的诸核反应方程左右两侧分别相加，消去两侧相同的项，系列反应最终等效为4P+2e+2设反应后释放的能量为Q，根据质能关系和能量守恒得4mpc2=mc2+2mec2+Q代入数值可得Q=3.9510-12J例2（）一静止的U核衰变为Tn核时，放出一粒子，已知U和Tn、He的原子量分别为M0，M1，M2，求放出的粒子的初动能.命题意图：以原子结构、质能方程、动量守恒定律、动能和动量关系为依托，考查考生理解能力分析综合能力，B级要求.错解分析：（1）混淆原子量与原子核的质量导致错解.（2）不能据动量和能量关系求解Th核与He核的核能分配.解题方法与技巧：设U、Th、He的质量分别为m0、m1和m2，由质能关系可得在核反应中释放出来的核能转化为反应后Th和He核的总动能：Ek=（m0-m1-m2）c2一个U原子质量为:=m0+92me（N为阿伏加德罗常数）同理：=m1+90me,=m2+2me所以Ek=（M0-M1-M2）c2/N反应前后动量守恒，设反应后Th、He核的动量分别为p1、p2，则有：p1=p2由动量和动能之间的关系，则有：m1v12=; m2v22=则总动能：Ek=所以粒子的初动能:Eka =Ek若忽略电子质量me，则粒子的初动能：Eka=（M0-M1-M2）c2锦囊妙计www.ks5u.com一、高考命题特点高考对核能知识点作为B级要求.其命题常集中于：核反应中核能释放与质能方程、动量守恒、能的转化与守恒的综合命题考查、或以核反应中核能转化为线索进行物理、化学、生物多学科的综合命题考查.在能源危机日益严重的今天，核能的利用是人们关注的社会热点，也是理科综合测试命题的重点.二、核能的计算指要1.爱因斯坦质能方程E=mc2,是核能计算的依据.在核反应中，反应前后若有质量亏损m,则可放出E=mc2的核能.相当于2.E=mc2是核能计算的常用方法，在具体应用中要注意单位制的统一及不同单位的换算.若质量单位取原子质量单位u，则1 u=1.6610-27kg 931.5 MeV.该结论在计算中直接可以应用.3.在无光子辐射的情况下，核反应中释放的核能转化为生成新核和新粒子的动能.在此情况下可依据力学规律动量守恒和能量守恒来计算核能及其分配关系.歼灭难点训练1.（）氘核（）和氚核（）聚合成氦核（He）的反应方程如下：He+n.设氘核质量为m1，氚核质量为m2，氦核质量为m3，中子质量为m4，则反应过程中释放的能量为A.（m1m2m3）c2 B.（m1m2m4）c2C.（m1m2m3-m4）c2.（m3m4m1m2）c22.（）两个中子和两个质子结合成一个粒子时，可放出28.30 MeV的能量，三个粒子结合成一个碳核时，可放出7.26 MeV的能量，由此可以推断：6个中子和6个质子结合成一个碳核时，可释放出能量为_MeV.3.（）处于静止状态的X原子核，经历一次衰变后变成质量为M的Y原子核.放出的粒子垂直射入磁感应强度为B的匀强磁场，测得其做圆周运动的半径为r.已知粒子的质量为m，电量为q，求此衰变过程亏损的质量.4.（）两个氘核的质量为2.0136 u，氦3的质量为3.0150 u，中子的质量为 1.0087 u.（1）写出核反应方程.（2）计算两个氘核聚变释放的能量.（3）计算1 kg氘完全聚变为氦3所释放的能量，这能量相当于多少煤完全燃烧放出的热能？（煤的燃烧值q=3.344107 J/kg）5.（）太阳现正处于主序星演化阶段，它主要是由电子和H、He等原子核组成.维持太阳辐射的是它内部的核聚变反应，核反应方程是2e+4HHe+释放的能量，这些核能最后转化为辐射能.根据目前关于恒星演化的理论，若由于聚变反应而使太阳中的H核数目从现有数减少10%，太阳将离开主序星阶段而转入红巨星的演化阶段.为了简化，假定目前太阳全部由电子和H核组成.（1）为了研究太阳演化进程，需知道目前太阳的质量m1.已知地球半径R=6.4106 m.地球质量m2=6.01024 kg，日地中心的距离r=1.51011 m，地球表面处的重力加速度g= 10 m/s2,1年约为3.2107 s.试估算目前太阳的质量m1.（2）已知质子质量mp=1.672610-27kg,He质量m=6.645810-27kg，电子质量me=0.910-30kg，光速c=3108m/s.求每发生一次题中所述的核聚变反应所释放的核能.（3）已知地球上与太阳光垂直的每平方米截面上，每秒通过的太阳辐射能=1.35103W/m2.试估算太阳继续保持在主序星阶段还有多少年的寿命.6.（）在其他能源中，核能具有能量大、地区适应性强的优势.在核电站中，核反应堆释放的核能转化为电能.核反应堆的工作原理是利用中子轰击重核发生裂变反应，释放出大量核能.（1）核反应方程式U+nBa+Kr+aX是反应堆中发生的许多核反应中的一种，n为中子，X为待求粒子，a为X的个数，则X为_，a=_.以mu、mBa、mKr分别表示U、Ba、Kr核的质量，mn 、mp分别表示中子、质子的质量，c为光在真空中传播的速度，则在上述核反应过程中放出的核能E=_.（2）有一座发电能力为P=1.00106kW的核电站，核能转化为电能的效率=40%.假定反应堆中发生的裂变反应全是本题（1）中的核反应，已知每次核反应过程放出的核能E=2.7810-11J, U核的质量Mu=39010-27kg.求每年（1年=3.15107s）消耗的U的质量.参考答案难点展台1.1.82102 MeV 2.4.8 eV歼灭难点训练1.C 2.9.46 MeV3.粒子在磁场中做圆周运动，洛伦兹力提供向心力qvB=m所以，粒子的动能E=mv2=m（）2=X核衰变后生成的新核Y的速度为u，则依据动量守恒得：Mu=mu所以Y核的动能EM=Mu2=mv2衰变过程释放的总能量E=E+EM释放的能量由衰变过程亏损的质量转化而来，根据质能方程E=mc2,得亏损的质量：m=4.（1）核反应方程式为H+HH+n（2）两个氘核聚变前后的质量亏损为：m=2mH-（mHe+mn）=22.0136 u-（3.0150+1.0087） u=0.0035 u根据质能方程，释放的能量E=mc2=0.00351.6610-27（3.0108） J=5.2310-13 J（3）1 mol氘含有6.021023个氘核，1 kg氘所含氘核数n=6.021023=3.011026每2个氘聚变释放的能量为5.231013 J,1 kg氘完全聚变为氦3所释放的能量E=5.2310-13J=3.871013 J相当于完全燃烧kg=1.16106 kg的煤放出的能量.5.（1）设T为地球绕日心运动的周期，由万有引力定律和牛顿定律可知：G=m2（）2r地球表面处重力加速度：g=G由、式联立解得m1=m2（）2以题给数值代入得m1=21030 kg（2）根据质量亏损和质能公式，该核反应每发生一次释放的核能为E=（4mp+2me-ma）c2代入数值，解得E=4.210-12J（3）根据题给假定，在太阳继续保持在主序星阶段的时间内，发生题中所述的核聚变反应次数为：N=10%因此，太阳总共辐射能量为E=NE,设太阳辐射是各向同性的，则每秒内太阳向外放出的辐射能为：=4r2所以太阳继续保持在主序星的时间为：t=由以上各式解得：t=以题给数据代入，并以年为单位可得：t=11010年=1百亿年.6.（1）由核反应方程的电荷数守恒和质量数守恒知X的电荷数为零，且质量数不为零，故X为中子，据质量数守恒可得235+1=141+92+a，则a=3,由爱因斯坦质能方程E=mc2得该核反应过程中放出核能E=（mu-mBa-mKr-2mn）c2（2）设一年消耗的U的质量为x千克，则消耗的核能为E核=E一年中产生的电能为E电，则E电=Pt（t为一年时间）由题意知：E电=E核，则E核=故=E=所以x=kg=1.10103 kg难点21 力电综合问题思路分析“3+X”综合能力测试就其试题结构而言，首先是学科内的综合考查.其次是学科间的综合.以力、电知识为载体的综合命题是科内综合的主要形式之一www.ks5u.com.考生在力、电综合题的解答过程中，出现的失误突出表现为：（1）不能对带电体进行全面的受力情况分析，常出现漏力的情况，导致错误.（2）面对带电粒子在复合场中的运动，不能具体问题具体分析，受思维定势的影响，生搬硬套重力场中物体运动的规律导致错误.（3）对力学中规律（牛顿第二定律、动量定理、动能定理、动量守恒定律等）在场中的适用性感到困惑，不能据带电粒子的受力及运动情况灵活选择力学规律求解.难点展台图21-11.（）如图21-1所示，虚线框abcd内为一矩形匀强磁场区域，ab=2bc,磁场方向垂直于纸面；实线框abcd是一正方形导线框，ab边与ab边平行.若将导线框匀速地拉离磁场区域，以W表示沿平行于ab的方向拉出过程中外力所做的功，W表示以同样速率沿平行于bc的方向拉出过程中外力所做的功，则A.WW B.WW C.WWD.WW图21-22.（）如图21-2甲所示.一对平行光滑轨道放置在水平面上，两轨道间距l=0.20 m，电阻R=1.0 ；有一导体杆静止地放在轨道上，与两轨道垂直，杆及轨道的电阻皆可忽略不计，整个装置处于磁感应强度B=0.5 的匀强磁场中，磁场方向垂直轨道面向下.现在一外力F沿轨道方向拉杆，使之做匀加速运动，测得力F与时间t的关系如图21-2乙所示.求杆的质量m和加速度a.案例探究图21-3例1（）如图21-3所示，已经充电的平行板电容器的极板相距为d，在板上有个小孔，电容器固定在一绝缘底座上静置在光滑水平面上，总质量为M.有一质量为m的带正电的铅丸对准小孔水平向左运动（重力不计），铅丸进入电容器后，距左板最小距离为d/2，此时电容器移动的距离_.www.ks5u.com命题意图：考查考生综合分析能力.B级要求. 错解分析：考生缺乏对整个物理过程的深入剖析，难以挖掘带电铅丸与左板距离最小时速度相等这一隐含条件，从而无法据动量守恒定律及动能定理切入求解.解题方法与技巧：设铅丸带电量为，初速度为v，电容器中场强为E.当铅丸进入电容器时，电容器中的电场对铅丸的电场力做功，使铅丸做匀减速运动，速度减小，而铅丸对电容器的作用力对电容器做功，电容器向左加速运动，速度增大，当铅丸离左极板距离为时，铅丸和极板共速，其速度为v，电容器移动距离为，铅丸和电容器相互作用的过程中，系统水平方向动量守恒，即：mv（mM）v由动能定理得电场力对m做的功为（）mvmv0电场力对M做的功为EqsMv所以有 Eq（mM）vmv0所以图21-4例2（）如图21-4所示，在竖直放置的两条平行光滑长导轨的上端，接有一个电容为C、击穿电压为B的电容器，有一匀强磁场与导轨平面垂直，磁感应强度为B.现在有一根质量为m、长为L的金属杆f，在t时以初速度v沿导轨下滑.问：金属杆f下滑多长时间电容器就被击穿?假设图中任何部分的电阻均可忽略不计.命题意图：考查考生综合分析能力及实际应用能力.B级要求. 错解分析：对题目中呈现的物理过程缺乏细致的综合分析，弄不清过程中充电电流、导体棒下滑加速度及充电电压三者间的逻辑制约关系，尤其找不到I=CBLa这一问题切入点，使思路陷入绝境.解题方法与技巧：先分析金属杆的运动情况.由于电路中电阻忽略不计，所以电容器两端电压UC等于金属杆两端的感应电动势，即CBLv 在金属杆的运动方向上有mgBLm 式中的I为电容器的充电电流，因此QtCCtCBLvtCBL 式代入式 mg（mCBL） 式表明金属杆做匀加速运动，因此t时刻的速度 vtvtvmgt（mCBL） 当电容器两端电压UCB时，电容器被击穿，由式可知此时速度 vBBL 代入可知当t（BBLv）（mCBL）mg时，电容器将被击穿.锦囊妙计一、高考走势从历年高考试题可以观察到：1.力、电综合命题多以带电粒子在复合场中的运动、电磁感应中导体棒动态分析，电磁感应中能量转化等为载体考查学生理解能力、推理能力、综合分析能力及运用数学知识解决物理问题的能力.2.命题在能力立意下，惯于物理情景的重组翻新，设问的巧妙变幻，即所谓旧题翻新，具有不回避重复的考查特点.3.综合能力考试更多地考虑学科内的综合，即考查学生对学科内不同部分、环节、要素之间内在联系的掌握程度，以及运用学科知识和方法，分析、解决实际问题的能力.学科内综合仍将成为近年综合测试的主题.因此，力、电综合问题，仍将是近年综合测试不可回避的命题热点，应引起足够的关注.二、力电综合类命题审题思路力电综合类题目以力和能量为主线，通过力学知识和电学知识的串接渗透作为背景，进行综合命题，其解题思路和解题步骤可以以“口诀”的形式加以理解记忆：画草图，想情景，选对象，建模型，分析状态和过程；找规律、列方程；检验结果行不行. 1.画草图，想情景：审题是解题的首要环节，在全面审视题目的条件，解答要求的基础上，对题目的信息进行加工处理，画出示意图(包括受力分析图，运动情景图和轨迹图)，借助图示建立起清晰的物理情景.2.选对象，建模型：通过对整个题目的情景把握，选取研究对象，通过抽象、概括或类比等效的方法建立相应的物理模型，并对其进行全面的受力分析.如案例1，通过类比将铅丸与木板的作用转化为已有的子弹击木块模型，案例2将金属杆等效为电源模型，其电路等效为一个含电容器的电流回路模型，从而使解题思路显性化.3.分析状态和过程:对物体参与的全过程层层分析，对每一个中间过程的特点规律加以研究.分析挖掘相邻过程中的临界状态和临界条件，寻找各阶段物理量的变化与联系.4.找规律、列方程:在对物理状态和物理过程深刻把握的基础上，寻找题设条件与所求未知物理量的联系，从力的观点或能量的观点，依物理规律(牛顿第二定律，能的转化与守恒，动量守恒定律等)列出方程求解.5.检验结果行不行:对题目的所求结果进行检验，并对其结果进行物理意义上的表述和讨论.此外，在解题过程中，要特别注意以下两点，第一：对物体受力分析要全面，切忌漏力，要时刻关注电场力(FqE)，安培力(FBl)，洛伦兹力（FvB）在具体情景中随物体带电属性(电荷的正负)，运动状态(速度的大小和方向)的变化特点.第二，力学的规律普遍适于力电综合问题的求解.利用能量观点分析求解时，不再拘泥于机械能间转化，要总揽全局，站在更高的角度来分析能量间(机械能与电势能、磁场能、内能等)的转化途径与转化方向，从而列出能量转化和守恒方程.歼灭难点训练图21-51.（）如图21-5所示，方向水平的匀强电场E中，有一带电体P自O点竖直向上入射，它的初动能为k，当P上升至最高点M时，动能km.那么，当它向下运动通过与O在同一水平线上的O点时，其动能k_. 图21-62.（）如图21-6所示，均匀导线制成的金属环，垂直磁场方向放在磁感强度为的匀强磁场中，圆环总电阻为.，另有一直导体OP长10m，其电阻为0.1，一端处于圆环圆心，另一端与圆环相接，金属转柄OQ的电阻为0.1，它以转的转速沿圆弧转动，求OP中电流的最小值是多少?方向如何?3.（）有一种质谱仪的结构如图21-7所示.带电粒子经过S和S之间的电场加速后，进入、之间的狭缝.、之间存在着互相正交的磁场B和电场E，只有在这一区域内不改变运动方向的粒子才能顺利通过S上的狭缝，进入磁感应强度为B的匀强磁场区域后做匀速圆周运动，打在屏AA上并发出亮光，记录下亮光所在的位置，量取狭缝到亮光的距离，即可测出带电图21-7粒子的荷质比为多少?4.（）有一个内阻及损耗均不计的直流发电机，其定子的磁场恒定，先把它的电枢线圈与一个电阻R连接，再在电枢的转轴上缠绕足够长的轻绳，绳下端悬挂一个质量为m的重物，如图21-8()所示，重物最后以v速度匀速下降.现将一不计内阻、电动势为E的电源接入电路，如图()所示，悬挂重物不变，最后重物以v的速度匀速上升，求v等于多少?图21-85.（）为了测量列车运行的速度和加速度大小，可采用如图21-9()所示的装置，它是由一块安装在列车车头底部的强磁体和埋没在轨道地面的一组线圈及电流测量记录仪组成(记录测量仪未画出).当列车经过线圈上方时，线圈中产生的电流被记录下来，据此求出列车在各位置的速度和加速度.图21-9如图21-9()所示，假设磁体端部磁感应强度B0.004，且全部集中在端面范围内，与端面相垂直.磁体的宽度与线圈宽度相同且都很小，线圈匝数n，长为. m，电阻R. (包括引出线的电阻)，测试记录下来的电流位移图，如图21-9()所示.试求列车经过线圈和时的速度及此区间的加速度.6.（）一段铜导线变成形，它的质量为m，上面一段长为l，处在很强的匀强磁场B中，如图21-10所示.导线下面两端分别插在两只水银杯里，两杯水银与一带开关的内阻小的外电源连接.当S一接通，导线便从水银杯里跳起，离开水银，导线上升高度为，求通过导线的电量.图21-10更多课程资源，详见优盟教育www.bestedu.org