2012高考物理聯(lián)系實際類問題研究.doc

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2012高考物理聯(lián)系實際類問題研究 “聯(lián)系實際類”試題難點特征： 1．題目信息量大，文字敘述多，題干長。讓人一看就感到費力難解。 2．物理情景新穎，與常規(guī)的物理情景相比讓考生感到不知從何處下手。 3．物理模型難以建立。 4．開放性問題往往對數(shù)學(xué)方法有依賴。有的題目用到的數(shù)學(xué)方法不常用難以遷移。 5．自己的知識和方法積累不夠從而造成做題困難。 “聯(lián)系實際類”試題難點特征與應(yīng)對策略 1．試題信息量大文字敘述多，題干長。給人第一印象就是費力難解。 應(yīng)對策略 （1） 要有成熟的考試心理和一定的承受能力 聯(lián)系實際類試題的物理模型往往較為簡單，大部分文字只是基于生活背景和科技事件完整性、嚴密性的必要表達。這類試題往往是起點高但落點低，只要運用學(xué)過的對應(yīng)物理知識即可順利解決， 【案例】（2010北京）23．（18分）利用霍爾效應(yīng)制作的霍爾元件以及傳感器，廣泛應(yīng)用于測量和自動控制等領(lǐng)域。如圖1，將一金屬或半導(dǎo)體薄片垂直置于磁場B中，在薄片的兩個側(cè)面a、b間通以電流I時，另外兩側(cè)c、f間產(chǎn)生電勢差，這一現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。其原因是薄片中的移動電荷受洛倫茲力的作用向一側(cè)偏轉(zhuǎn)和積累，于是c、f間建立起電場EH，同時產(chǎn)生霍爾電勢差UH。當電荷所受的電場力和洛倫茲力處處相等時，EH和UH達到穩(wěn)定值，UH的大小與I和B以及霍爾元件厚度d之間滿足關(guān)系式，其中比例系數(shù)RH稱為霍爾系數(shù)，僅與材料性質(zhì)有關(guān)。 a b c f B I I d UH l 圖1 永磁體（共m個） 霍爾元件 圖2 UH O t P P-1 1 3 2 4 圖3 ⑴設(shè)半導(dǎo)體薄片的寬度（c、f間距）為l，請寫出UH和EH的關(guān)系式；若半導(dǎo)體材料是電子導(dǎo)電的，請判斷圖1中c、f哪端的電勢高； ⑵已知半導(dǎo)體薄片內(nèi)單位體積中導(dǎo)電的電子數(shù)為n，電子的電荷量為e，請導(dǎo)出霍爾系數(shù)RH的表達式、（通過橫截面積S的電流I=nevS，其中v是導(dǎo)電電子定向移動的平均速率）； ⑶圖2是霍爾測速儀的示意圖，將非磁性圓盤固定在轉(zhuǎn)軸上，圓盤的周邊等距離地嵌裝著m個永磁體，相鄰永磁體的極性相反。霍爾元件置于被測圓盤的邊緣附近。當圓盤勻速轉(zhuǎn)動時，霍爾元件輸出的電壓脈動信號圖像如圖3所示。 a．若在時間t內(nèi)，霍爾元件輸出的脈沖數(shù)目為P，請導(dǎo)出圓盤轉(zhuǎn)速N的表達式。 b．利用霍爾測速儀可以測量汽車行駛的里程。除此之外，請你展開“智慧的翅膀”，提出另一個實例或設(shè)想。 23．⑴UH=EHl c端電勢高 ⑵RH= ⑶a． b．略 （2） 要有良好閱讀習(xí)慣和審題技巧 審題就是弄清題目的含義，了解題目所涉及的物理現(xiàn)象、物理狀態(tài)和物理過程，明確題目的已知條件和所求物理量，是解題者對題目信息的發(fā)現(xiàn)、辨認、轉(zhuǎn)譯的過程。一般說來，首先要對題目的文字和附圖閱讀兩遍．讀題時要先粗后細，由整體到局部再回到整體．即應(yīng)先對題目有一個粗糙的總體認識然后再細致考察各個細節(jié)，最后對問題的整體建立起一幅比較清晰的物理圖象． 審題的幾個技巧 ①學(xué)會畫草圖。畫草圖是審題過程中必不可少的重要步驟。邊讀題邊畫過程草圖實際上是思考分析的物理思維過程。畫草圖能把題目所給的文字敘述變成形象的圖示，有助于弄清題意，找到解答的途徑?？梢哉f畫草圖既是審題過程中必不可少的重要步驟，也是降低題目難度的重要物理手段，善于畫草圖是一個同學(xué)成為物理高手的標志。 【案例】（2011）北京23．（18分）利用電場和磁場，可以將比荷不同的離子分開，這種方法在化學(xué)分析和原子核技術(shù)等領(lǐng)域有重要的應(yīng)用。如圖所示的矩形區(qū)域ACDG（AC邊足夠長）中存在垂直于紙面的勻強磁場，A處有一狹縫。離子源產(chǎn)生的離子，經(jīng)靜電場加速后穿過狹縫沿垂直于GA邊且垂直于磁場的方向射入磁場，運動到GA邊，被相應(yīng)的收集器收集。整個裝置內(nèi)部為真空。 離子源 加速電場 狹縫 D C G A B q 已知被加速的兩種正離子的質(zhì)量分別是m1和m2（m1>m2），電荷量均為q。加速電場的電勢差為U，離子進入電場時的初速度可以忽略，不計重力，也不考慮離子間的相互作用。 ⑴求質(zhì)量為m1的離子進入磁場時的速率v1； ⑵當磁感應(yīng)強度的大小為B時，求兩種離子在GA邊落點的間距s； ⑶在前面的討論中忽略了狹縫寬度的影響，實際裝置中狹縫具有一定寬度。若狹縫過寬，可能使兩束離子在GA邊上的落點區(qū)域交疊，導(dǎo)致兩種離子無法完全分離。 設(shè)磁感應(yīng)強度大小可調(diào)，GA邊長為定值L，狹縫寬度為d，狹縫右邊緣在A處。離子可以從狹縫各處射入磁場，入射方向仍垂直于GA邊且垂直于磁場。為保證上述兩種離子能落在GA邊上并被完全分離，求狹縫的最大寬度。 23． ⑴ ⑵（提示：s是兩種離子在磁場中運動的軌道直徑之差） D C G A B L-d L-2d ⑶（提示：質(zhì)量為m1的離子軌道直徑最大為L-d；落到收集器上最右端的位置到CA的距離也為L-d；為了不交疊，質(zhì)量為m2的離子軌道直徑最大為L-2d。由和）兩式左右分別相除，可得結(jié)論。） ②邊畫邊寫。有時反復(fù)讀題也不能找到難點的突破口，但是若在畫草圖的同時寫出各個過程滿足的關(guān)系（或規(guī)律方程），并適時地推理計算，往往難點就會逐步化解，因為一些題目只有通過計算才能看出題目隱含條件。 【案例】（2011年高考浙江理綜卷）如圖甲所示，靜電除塵裝置中有一長為L、寬為b、高為d的矩形通道，其前、后面板使用絕緣材料，上、下面板使用金屬材料。圖乙是裝置的截面圖，上、下兩板與電壓恒定的高壓直流電源相連。質(zhì)量為m、電荷量為-q、分布均勻的塵埃以水平速度v0進入矩形通道，當帶負電的塵埃碰到下板后其所帶電荷被中和，同時被收集。通過調(diào)整兩板間距d可以改變收集效率η。當d=d0時η為81%（即離下板0.81d0范圍內(nèi)的塵埃能夠被收集）。不計塵埃的重力及塵埃之間的相互作用。 ⑴求收集效率為100%時，兩板間距的最大值dm； ⑵求收集率η與兩板間距d的函數(shù)關(guān)系； ⑶若單位體積內(nèi)的塵埃數(shù)為n，求穩(wěn)定工作時單位時間下板收集的塵埃質(zhì)量ΔM/Δt與兩板間距d的函數(shù)關(guān)系，并繪出圖線。 L d b v0 圖甲 + + + + + + + L d 接地線 圖乙 v0 1 根據(jù)題意， （理解物理語言的含義，發(fā)現(xiàn)隱含條件。把握臨界狀態(tài)的含義，提取有用物理信息，）當d=d0時η為81%（即離下板0.81d0范圍內(nèi)的塵埃能夠被收集）。 設(shè)塵埃恰好全部到達下板時對應(yīng)的板間距離為dm，則， 由以上兩式可得結(jié)論dm=0.9d0 2 當d≤0.9d0時，η=100%； 當d > 0.9d0時，設(shè)與d對應(yīng)的效率為η，則， O d ΔM Δt 0.9nmbd0v0 0.9d0 與比較就會發(fā)現(xiàn)ηd2是一個常量，因此ηd2=0.81 d02， 所以 3 當d≤0.9d0時，， 當d > 0.9d0時， 時間Δt內(nèi)通過除塵裝置的總體積是V=bdv0Δt，其中進入的塵?？傎|(zhì)量ΔM ′= nm (bdv0Δt)，再根據(jù)收集率η，可得結(jié)論。 圖線如圖所示。 ③善于拆分過程。一些大題難題過程較多，甚至涉及多個物體多個過程，此時若是能耐心地拆分過程將顯得特別重要。多物體的復(fù)雜物理過程往往可以按時間先后或空間順序，將其分解為幾個簡單具體的子過程，而子過程都是來源于課本上考生所熟悉的物理模型。所以，在分析綜合題時要注意物理過程的階段性、聯(lián)系性和規(guī)律性。 階段性——將題目涉及的整個過程恰當?shù)貏澐譃槿舾呻A段； 聯(lián)系性——找出各階段之間什么物理量聯(lián)系，以及各個階段的鏈接點（即臨界點）； 規(guī)律性——明確每個階段分別遵循什么物理規(guī)律。 ④理解物理語言的含義，發(fā)現(xiàn)隱含條件。審題時，對一些隱含著某種條件的關(guān)鍵字眼，特別要引起重視。如：“彈性碰撞”意味著相互作用的物體系滿足動量守恒和機械能守恒兩個規(guī)律；“輕”繩、“輕”棒、“輕質(zhì)”滑輪，意味著質(zhì)量不計；“緩慢”移動或“緩慢”轉(zhuǎn)動，意味著物體的速度和加速度均不計，可以當成平衡狀態(tài)；電場中的“電子、質(zhì)子和離子”等微觀粒子，重力忽略不計；電場中“懸浮”的帶電粒子，電場力恰好與重力平衡；復(fù)合場中帶電粒子作“勻速圓周運動”，則電場力與重力平衡，洛侖茲力恰好提供向心力；兩個“完全相同的導(dǎo)體小球”相接觸，分開后所帶電量相等，等等。 ⑤把握臨界狀態(tài)的含義。例如物體沿可動的斜面或曲面到達“最高點”時，物體與斜面或曲面的相對速度為零；子彈“恰好”穿透木塊，意味著子彈穿出木塊時相對速度為零；木塊沉入水中“最深”處，速度為零；物體在粗糙斜面或水平面上“即將”滑動時，靜摩擦力達到最大值；物體即將與接觸面脫離瞬間，彈力為零，等等。 2．物理情景新穎，與常規(guī)的物理情景相比讓考生感到不知從何處下手。（不知所措，無從下手——迷失方向） 應(yīng)對策略：尋找中心問題——物理模型（對誰、經(jīng)歷什么過程） 此類題要求學(xué)生在理會題意的基礎(chǔ)上，對題給信息進行分析判斷，根據(jù)問題的要求和解答目標排除次要因素，抓住主要的物理條件和關(guān)系，以及主要的物理過程和情境，把問題與物理知識聯(lián)系起來，將實際問題簡化、抽象為恰當?shù)奈锢砟Ｐ停盟鶎W(xué)過的知識和方法給予解決。 具體思維過程： ① 具體科學(xué)技術(shù)問題 ② 提取物理信息 ③ 屬于哪一類物理知識范圍 ④ 構(gòu)建物理模型 ⑤ 應(yīng)用對應(yīng)的物理規(guī)律 ⑥ 解決有關(guān)問題 ⑦ 對物理結(jié)果進行說明 【案例】（2006北京24）磁流體推進船的動力來源于電流與磁場間的相互作用。圖1是在平靜海面上某實驗船的示意圖，磁流體推進器由磁體、電極和矩形通道（簡稱通道）組成。如圖2所示，通道尺寸a＝2．0m、b＝0．15m、c＝0．10m。工作時，在通道內(nèi)沿z軸正方向加B＝8．0T的勾強磁場；沿x軸負方向加勻強電場，使兩金屬板間的電壓U＝99．6V；海水沿 y軸方向流過通道。已知海水的電阻率＝0．20m。 （1）船靜止時，求電源接通瞬間推進器對海水推力的大小和方向。 （2）船以vs＝5．0m/s的速度勻速前進。若以船為參照物，海水以5．0m/s的速率涌入進水口，由于通道的截面積小于進水口的截面積，在通道內(nèi)海水速率增加到vd＝8．0m/s。求此時兩金屬板間的感應(yīng)電動勢U感； （3）船行駛時，通道中海水兩側(cè)的電壓按U/＝U－U感由計算，海水受到電磁力的80％可以轉(zhuǎn)化為對船的推力。當船以vs＝5．0m/s的速度勻速前進時，求海水推力的功率。 【分析】通過讀題，考生要從知識歸屬開始逐級分類，看此類題屬于哪一部分知識體系，再看其屬于什么哪一類物理問題，然后逐步向已有的物理模型靠近。 ① 具體科學(xué)技術(shù)問題 → 磁流體推進船 ② 提取物理信息 → 電流與磁場間的相互作用，安培力提供動力 ③ 屬于哪一類物理知識范圍 → 電流受磁場作用力 ④ 構(gòu)建物理模型 → 通電導(dǎo)體在磁場中受安培力 ⑤ 應(yīng)用對應(yīng)的物理規(guī)律 → 安培力公式 ⑥ 解決有關(guān)問題→計算安培力、感應(yīng)電動勢、功率 ⑦ 對物理結(jié)果進行說明 → 對結(jié)果進行表述 【解答】(1)通道內(nèi)海水的電阻， 兩金屬板間的電壓后形成的電流 根據(jù)安培力計算公式得推進器對海水推力的大小 方向沿y軸正方向． (2)兩金屬板間的感應(yīng)電動勢根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律得 (3)通道中海水兩側(cè)的電壓按U/=U-U感=90V 此時通道中的電流為 這時的安培力 海水推力的功率  3．物理模型難以建立。 應(yīng)對策略：首先從物理情景本身的物理知識歸屬開始逐級分類，看此類題屬于哪一部分知識體系，再看其屬于什么哪一類物理問題，然后逐步向已有的物理模型靠近，從而確定方向找準突破口。 做每一道試題都要建立“對象模型”和 “過程模型” 從物理學(xué)的角度看，所謂“建?！?，就是將我們研究的物理對象或物理過通過抽象、理想化、簡化和類比等方法形成物理模型。它是一種重要的科學(xué)思維方法，通過對物理現(xiàn)象及其本質(zhì)和內(nèi)在規(guī)律的探索，達到認識自然的目的。 要想在高考中很快通過閱讀、分析建立模型，應(yīng)該在平時就積累物理模型的建模經(jīng)驗。物理模型一般分為兩類，一是物理對象“模型”，如物理學(xué)中質(zhì)點、點電荷、單擺、彈簧振子、單擺、彈簧振子、理想氣體、帶電粒子等等，即是對物理對象的“理想模型”。二是物理過程“模型”,如勻速直線運動、勻變速直線運動、勻變速曲線運動、勻速圓周運動（非勻變速運動）、簡諧運動、簡諧波、電磁感應(yīng)等等，即是對物理過程的“理想模型”。  【案例】（2008北京卷23題）風(fēng)能將成為21世紀大規(guī)模開發(fā)的一種可再生清潔能源。風(fēng)力發(fā)電機是將風(fēng)能（氣流的動能）轉(zhuǎn)化為電能的裝置，其主要部件包括風(fēng)輪機、齒輪箱、發(fā)電機等，如圖所示。 （1）利用總電阻R=10Ω的線路向外輸送風(fēng)力發(fā)電機產(chǎn)生的電能。輸送功率P0=300kW，輸電電壓U=10kV，求導(dǎo)線上損失的功率與輸送功率的比值； （2）風(fēng)輪機葉片旋轉(zhuǎn)所掃過的面積為風(fēng)力發(fā)電機可接受風(fēng)能的面積。設(shè)空氣密度為ρ，氣流速度為v，風(fēng)輪葉片長度為r。求單位時間內(nèi)流向風(fēng)輪機的最大風(fēng)能Pm； 在風(fēng)速和葉片數(shù)確定的情況下，要提高風(fēng)輪機單位時間內(nèi)接受的風(fēng)能，簡述可采取的措施。 （3）已知風(fēng)力發(fā)電機的輸出功率P與Pm成正比。某風(fēng)力發(fā)電機在風(fēng)速v1=9ｍ/ｓ時能夠輸出的電功率P1=540kＷ。我國某地區(qū)風(fēng)速不低于v2=6ｍ/s的時間每年約為5000小時，試估算這臺風(fēng)力發(fā)電機在該地區(qū)的最小年發(fā)電量是多少千瓦時。 【分析】此題為風(fēng)力發(fā)電的能量轉(zhuǎn)化問題，歸結(jié)為動力學(xué)體系中單個質(zhì)點運動問題，即“單個質(zhì)點”運動的動能轉(zhuǎn)化為電能。但是很多同學(xué)不能把某一段時間t內(nèi)的“風(fēng)”抽象為一個“質(zhì)點”從而無從下手，束手待斃。所以本題的建模能力尤為重要，應(yīng)該把“一段時間 t內(nèi)通過風(fēng)輪機葉片的空氣”看做“一個物體”，建立質(zhì)點模型利用能量守恒解決此題。 對象模型：質(zhì)點 過程模型：勻速直線運動 內(nèi)在規(guī)律：動能轉(zhuǎn)化為電能 【解答】（1）P損=R=10= 9 kW 比值： ==0.03 （2）中單位時間內(nèi)流向風(fēng)輪機的最大風(fēng)能Pm，實際上也是機械功率。 Pm===()v2=mv2 其中：m=ρvtπr2 ∴ Pm=mv2=(ρvtπr2)v2=πρr2v3 采取如：增大風(fēng)輪機葉片長度、安裝 調(diào)向裝置保持風(fēng)輪機正面迎風(fēng)等。 （3）∵ == ∴ P2=P1=540=160 kW 【案例】（2007北京卷23題）23、（18分）環(huán)保汽車將為2008年奧運會場館服務(wù)。某輛以蓄電池為驅(qū)動能源的環(huán)保汽車，總質(zhì)量m＝3103 kg。當它在水平路面上以v＝36 km/h的速度勻速行駛時，驅(qū)動電機的輸入電流I＝50 A，電壓U＝300 V。在此行駛狀態(tài)下 ⑴求驅(qū)動電機的輸入功率P電； ⑵若驅(qū)動電機能夠?qū)⑤斎牍β实?0%轉(zhuǎn)化為用于牽引汽車前進的機械功率P機，求汽車所受阻力與車重的比值（g取10 m/s2）； ⑶設(shè)想改用太陽能電池給該車供電，其他條件不變，求所需的太陽能電池板的最小面積。結(jié)合計算結(jié)果，簡述你對該設(shè)想的思考。 已知太陽輻射的總功率P0＝41026 W，太陽到地球的距離r＝1.51011 m，太陽光傳播到達地面的過程中大約有30%的能量損耗，該車所用太陽能電池的能量轉(zhuǎn)化效率約為15%。 第三問： 對象模型：太陽（輻射能量） 過程模型：光線垂直球面沿直線傳播 內(nèi)在規(guī)律：能量均勻分布在球面上（能量與面積成正比） 23、⑴驅(qū)動電機的輸入功率 ⑵在勻速行駛時 汽車所受阻力與車重之比 。 ⑶當陽光垂直電磁板入射式，所需板面積最小，設(shè)其為S，距太陽中心為r的球面面積 若沒有能量的損耗，太陽能電池板接受到的太陽能功率為，則 設(shè)太陽能電池板實際接收到的太陽能功率為P， 由于，所以電池板的最小面積 分析可行性并提出合理的改進建議。 4．開放性問題往往對數(shù)學(xué)方法有依賴。有的題目用到的數(shù)學(xué)方法不常用難以遷移。 應(yīng)對策略：要有熟練的數(shù)學(xué)技巧和數(shù)理結(jié)合意識，公式應(yīng)用的條件意識。 高考物理試題的解答離不開數(shù)學(xué)知識和方法的應(yīng)用，借助物理知識滲透考查數(shù)學(xué)能力是高考命題的永恒主題。可以說任何物理試題的求解過程實質(zhì)上是一個將物理問題轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)問題經(jīng)過求解再次還原為物理結(jié)論的過程。 物理解題運用的數(shù)學(xué)方法通常包括方程(組)法、數(shù)學(xué)比例法、數(shù)列極值法、三角函數(shù)法、幾何(圖形輔助)法、圖象求解法、導(dǎo)數(shù)微元法等，而物理計算題往往用到數(shù)學(xué)歸納法，以及等差數(shù)列求和公式法和等比數(shù)列求和求和公式法。 【案例】（2009北京）23．（18分）單位時間內(nèi)流過管道橫截面的液體體積叫做液體的體積流量（以下簡稱流量）。有一種利用電磁原理測量非磁性導(dǎo)電液體（如自來水、啤酒等）流量的裝置，稱為電磁流量計。它主要由將流量轉(zhuǎn)換為電壓信號的傳感器和顯示儀表兩部分組成。 傳感器的結(jié)構(gòu)如圖所示，圓筒形測量管內(nèi)壁絕緣，其上裝有一對電極a和c，a、c間的距離等于測量管內(nèi)徑D，測量管的軸線與a、c的連線方向以及通電線圈產(chǎn)生的磁場方向三者相互垂直。當導(dǎo)電液體流過測量管時，在電極a、c間出現(xiàn)感應(yīng)電動勢E，并通過與電極連接的儀表顯示出液體的流量Q。設(shè)磁場均勻恒定，磁感應(yīng)強度為B。 （1）知D=0.40m，B=2.510-3T，Q=0.12m3/s。試求E的大?。é腥?.0）； a c B D v 液體入口 測量管 通電線圈 測量管軸線 接電源 液體出口 通電線圈 顯示儀器 （2）一新建供水站安裝了電磁流量計，在向外供水時流量本應(yīng)顯示為正值，但實際顯示卻為負值。經(jīng)檢查，原因是誤將測量管接反了，即液體由測量管出水口流入，從入水口流出。因水已加壓充滿管道，不便再將測量管拆下重裝，請你提出使顯示儀表的流量指示變?yōu)檎档暮啽惴椒ǎ? （3）顯示儀表相當于傳感器的負載電阻，其阻值記為R。a、c間導(dǎo)電液體的電阻r隨液體電阻率的變化而變化，從而會影響顯示儀表的示數(shù)。試以E、R、r為參量，給出電極a、c間輸出電壓U的表達式，并說明怎樣可以降低液體電阻率變化對顯示儀表示數(shù)的影響。  23．⑴E=1.010-3V ⑵能使儀表顯示的流量變?yōu)檎档姆椒?，簡便、合理即可。如：改變通電線圈中電流的方向，使磁場反向；或?qū)鞲衅鬏敵龆藢φ{(diào)接入顯示儀表。 ⑶，增大R使R>>r，則U≈E，可以降低液體電阻率變化對流量示數(shù)的影響。 【案例】（2010北京卷24）雨滴在穿過云層的過程中，不斷與漂浮在云層中的小水珠相遇并結(jié)合為一體，其質(zhì)量逐漸增大?，F(xiàn)將上述過程簡化為沿豎直方向的一系列碰撞。已知雨滴的初始質(zhì)量為m0，初速度為v0，下降距離l后與靜止的小水珠碰撞且合并，質(zhì)量變?yōu)閙1。此后每經(jīng)過同樣的距離l后，雨滴均與靜止的小水珠碰撞且合并，質(zhì)量依次變?yōu)閙2、m3……mn……（設(shè)各質(zhì)量為已知量）。不計空氣阻力。 （1）若不計重力，求第n次碰撞后雨滴的速度vn′； （2）若考慮重力的影響， a.求第1次碰撞前、后雨滴的速度v1和vn′； b.求第n次碰撞后雨滴的動能； 【分析】此題中，物理情景不斷重復(fù)著相互碰撞這一過程，碰撞規(guī)律相同，只是物理量的大小在變化，所以此類問題必不可少地應(yīng)用數(shù)學(xué)歸納法。 【解析】（1）不計重力，全過程中動量守恒， 得： （2）若考慮重力的影響，雨滴下降過程中做加速度為g的勻加速運動，碰撞瞬間動量守恒 a. 第1次碰撞前 第1次碰撞后 ① b. 第2次碰撞前 利用①化簡得： ② 第2次碰撞后 利用②得： 同理，第3次碰撞后 ………… 第n次碰撞后 動能 5．自己的知識和方法積累不夠從而造成做題困難。 應(yīng)對策略：要研究一些有應(yīng)用背景的試題，積累物理情景和對應(yīng)的物理方法，熟練物理模型、物理規(guī)律和物理方法。 例如：磁場在現(xiàn)代科技中的應(yīng)用 1、速度選擇器 例題1．如圖9-4-1所示，兩平行金屬板中有相互垂直的勻強電場和勻強磁場，帶正電的粒子（不計粒子的重力）從兩板中央垂直電場、磁場入射．它在金屬板間運動的軌跡為水平直線，如圖中虛線所示．若使粒子飛越金屬板間的過程中向上板偏移，則可以采取下列的正確措施為： A．使入射速度減小 　　 B．使粒子電量減小 C．使電場強度增大 　　 D．使磁感應(yīng)強度增大 2、回旋加速器 例題2．回旋加速器是用來加速帶電粒子的裝置，如圖9-4-3所示.它的核心部分是兩個D形金屬盒，兩盒相距很近，分別和高頻交流電源相連接，兩盒間的窄縫中形成勻強電場，使帶電粒子每次通過窄縫都得到加速．兩盒放在勻強磁場中，磁場方向垂直于盒底面，帶電粒子在磁場中做圓周運動，通過兩盒間的窄縫時反復(fù)被加速，直到達到最大圓周半徑時通過特殊裝置被引出．如果用同一回旋加速器分別加速氚核（）和α粒子（）比較它們所加的高頻交流電源的周期和獲得的最大動能的大小，有： A．加速氚核的交流電源的周期較大，氚核獲得的最大動能也較大 B．加速氚核的交流電源的周期較大，氚核獲得的最大動能較小 C．加速氚核的交流電源的周期較小，氚核獲得的最大動能也較小 D．加速氚核的交流電源的周期較小，氚核獲得的最大動能較大 3、質(zhì)譜儀 例題3．右圖是質(zhì)譜儀工作原理的示意圖。帶電粒子a、b經(jīng)電壓U加速（在A點初速度為零）后，進入磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場做勻速圓周運動，最后分別打在感光板S上的x1、x2處。右圖中半圓形的虛線分別表示帶電粒子a、b所通過的路徑，則：[ ] A．a(chǎn)的質(zhì)量一定大于b的質(zhì)量 B．a(chǎn)的電荷量一定大于b的電荷量 C．a(chǎn)運動的時間大于b運動的時間 D．a(chǎn)的比荷（q a /ma）大于b的比荷（qb /mb） 4、磁流量計 例題4. 為了測量某化肥廠的污水排放量，技術(shù)人員在該廠的排污管末端安裝了如右圖所示的流量計，該裝置由絕緣材料制成，長、寬、高分別為a、b、c，左右兩端開口，在垂直于上下表面方向加磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場，在前后兩個內(nèi)側(cè)面固定有金屬板作為電極，污水充滿管口從左向右流經(jīng)該裝置時，電壓表將顯示兩個電極間的電壓U．若用Q表示污水流量 (單位時間內(nèi)排出的污水體積)，下列說法正確的是：[ ] A．若污水中正離子較多，則前內(nèi)側(cè)面比后內(nèi)側(cè)面電勢高 B．前內(nèi)側(cè)面的電勢一定低于后內(nèi)側(cè)面的電勢，與哪種離子多無關(guān) C．污水中離子濃度越高，電壓表的示數(shù)將越大 D．污水流量Q與電壓U成正比，與a、b有關(guān) 5、霍爾效應(yīng) 例題5． 如右圖所示，厚度為h，寬度為d的導(dǎo)體板放在垂直于它的磁感強度為B的均勻磁場中，當電流通過導(dǎo)體板時，在導(dǎo)體板的上側(cè)面A和下側(cè)面 A’之間會產(chǎn)生電勢差，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)，實驗表明，當磁場不太強時，電勢差U、電流I和B的關(guān)系為U=kIB/d．式中的比例系數(shù)k稱為霍爾系數(shù)．上圖中 板（填A(yù)或A/）電勢高。 6、磁強計 例題6． 磁強計實際上是利用霍爾效應(yīng)來測量磁感強度B的儀器．其原理可解釋為：如右圖所示一塊導(dǎo)體接上a、b、c、d四個電極，將導(dǎo)體放在勻強磁場之中，a、b間通以電流I，c、d間就會出現(xiàn)電勢差，只要測出c、d間的電勢差U，就可測得B。設(shè)導(dǎo)體中單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)為 n，則B的大小為_____________。 7、磁流體發(fā)電機 例題7． 如右圖所示為磁流體發(fā)電機示意圖．其中兩極板間距d＝20cm，磁場的磁感應(yīng)強度B=5T，若接入額定功率 P＝100 W的燈泡，燈泡正好正常發(fā)光，燈泡正常發(fā)光時的電阻R＝400 Ω．不計發(fā)電機內(nèi)阻，求：（1）等離子體的流速多大？（2）若等離子體均為一價離子，則每秒鐘有多少個什么性質(zhì)的離子打在下極板 潮汐發(fā)電 24．（20分）“潮汐發(fā)電”是海洋能利用中發(fā)展最早、 大海 渦輪機 水壩 水庫 圖3 圖1 圖2 θ 規(guī)模最大、技術(shù)較成熟的一種方式。某海港的貨運碼頭，就是利用“潮汐發(fā)電”為皮帶式傳送機供電，圖1所示為皮帶式傳送機往船上裝煤。本題計算中取sin18o=0.31，cos18o=0.95，水的密度ρ =1.0103kg/m3，g=10m/s2。 （1）皮帶式傳送機示意圖如圖2所示, 傳送帶與水 平方向的角度θ = 18o，傳送帶的傳送距離為L = 51.8m，它始終以v = 1.4m/s的速度運行。在傳送帶的最低點，漏斗中的煤自由落到傳送帶上（可認為煤的初速度為0），煤與傳送帶之間的動摩擦因數(shù)μ = 0.4。求：從煤落在傳送帶上到運至傳送帶最高點經(jīng)歷的時間t； （2）圖3為潮汐發(fā)電的示意圖。左側(cè)是大海，中間 有水壩，水壩下裝有發(fā)電機，右側(cè)是水庫。當漲潮到海平面最高時開閘，水由通道進入海灣水庫，發(fā)電機在水流的推動下發(fā)電，待庫內(nèi)水面升至最高點時關(guān)閉閘門；當落潮到海平面最低時，開閘放水發(fā)電。設(shè)某潮汐發(fā)電站發(fā)電有效庫容V =3.610 6m3，平均潮差Δh = 4.8m，一天漲落潮兩次，發(fā)電四次。水流發(fā)電的效率η1 = 10％。求該電站一天內(nèi)利用潮汐發(fā)電的平均功率P； （3）傳送機正常運行時，1秒鐘有m = 50kg的煤從漏斗中落到傳送帶上。帶動傳送帶的電動機將輸入電能轉(zhuǎn)化為機械能的效率η2 = 80%，電動機輸出機械能的20%用來克服傳送帶各部件間的摩擦（不包括傳送帶與煤之間的摩擦）以維持傳送帶的正常運行。若用潮汐發(fā)電站發(fā)出的電給傳送機供電，能同時使多少臺這樣的傳送機正常運行？ m′g N f 24．（20分） 解：（1）煤在傳送帶上的受力如右圖所示 （1分） 根據(jù)牛頓第二定律 μm′gcosθ– m′gsinθ = m′a （1分） 設(shè)煤加速到v需要時間為t1 v = at1 t1 = 2s （1分） 設(shè)煤加速運動的距離為s1 v2 = 2as1 s1 = 1.4m （1分） 設(shè)煤勻速運動的時間為t2 L – s1 = vt2 t2 = 36s?。?分） 總時間 t = t1 + t2 = 38s （1分） （2）一次發(fā)電，水的質(zhì)量 M = ρV = 3.6109kg （1分） 重力勢能減少 EP = Mg （1分） 一天發(fā)電的能量 E = 4 EP10 % （2分） 平均功率 （1分） 求出 P = 400kW （1分） （3）一臺傳送機，將1秒鐘內(nèi)落到傳送帶上的煤送到傳送帶上的最高點 煤獲得的機械能為 E機= （1分） 傳送帶與煤之間因摩擦產(chǎn)生的熱 Q = （1分） 煤與傳送帶的相對位移 m （1分） 設(shè)同時使n臺傳送機正常運行，根據(jù)能量守恒 P80%80% = n（+）（3分） 求出 n = 30臺 　 （2分） 評分標準：若僅列出一個能量守恒方程，方程全對給5分，若方程有錯均不給分。 太陽帆 23．（18分）光子具有能量，也具有動量。光照射到物體表面時，會對物體產(chǎn)生壓強。這就是“光壓”。光壓的產(chǎn)生機理如同氣體壓強；大量氣體分子與器壁的頻繁碰撞產(chǎn)生了持續(xù)均勻的壓力，器壁在單位面積上受到的壓力就是氣體的壓強。設(shè)太陽光中每個光子的平均能量為E，太陽光垂直照射地球表面時，在單位面積上的輻射功率為P0。已知光速為c，則光子的動量為E/c。求： （1）若太陽光垂直照射在地球表面，則時間t內(nèi)照射到地球表面上半徑為r的圓形區(qū)域內(nèi)太陽光的總能量及光子個數(shù)分別是多少？ （2）若太陽光垂直照射到地球表面，在半徑為r的某圓形區(qū)域內(nèi)被完全反射（即所有光子均被反射，且被反射前后的能量變化可忽略不計），則太陽光在該區(qū)域表面產(chǎn)生的光壓（用I表示光壓）是多少？ 20090410 （3）有科學(xué)家建議利用光壓對太陽帆的作用作為未來星際旅行的動力來源。一般情況下，太陽照射到物體表面時，一部分會被反射，還有一部分被吸收。若物體表面的反射系數(shù)為，則在物體表面產(chǎn)生的光壓是全反射時產(chǎn)生光壓的倍。設(shè)太陽帆的反射系數(shù)，太陽帆為圓盤形，其半徑r=15m，飛船的總質(zhì)量m=100kg，太陽光垂直照射在太陽帆表面單位面積上的輻射功率P0=1.4kW，已知光速c=3.0108m/s。利用上述數(shù)據(jù)并結(jié)合第（2）問中的結(jié)論，求太陽帆飛船僅在上述光太的作用下，能產(chǎn)生的加速度大小是多少？不考慮光子被反射前后的能量變化。（保留2位有效數(shù)字） 20090410 23．（18分） （1）時間t內(nèi)太陽光照射到面積為S的圓形區(qū)域上的總能量 2分 解得 1分 照射到此圓形區(qū)域的光子數(shù) 2分 解得 1分 （2）因光子的動量 則到達地球表面半徑為r的圓形區(qū)域的光子總動量 1分 因太陽光被完全反射，所以時間t內(nèi)光子總動量的改變量 2分 設(shè)太陽光對此圓形區(qū)域表面的壓力為F，依據(jù)動量定理 1分 太陽光在圓形區(qū)域表面產(chǎn)生的光壓 1分 解得 1分 （3）在太陽帆表面產(chǎn)生的光壓 對太陽帆產(chǎn)生的壓力 2分 設(shè)飛船的加速度為a，依據(jù)牛頓第二定律 1分 解得 2分 電磁驅(qū)動或電磁緩沖 24．（20分）圖16虛線框內(nèi)為某種電磁緩沖車的結(jié)構(gòu)示意圖，在緩沖車的底板上沿車的軸線固定有兩個足夠長的平行絕緣光滑導(dǎo)軌PQ、MN，在緩沖車的底部還安裝有電磁鐵（圖中未畫出），能產(chǎn)生垂直于導(dǎo)軌平面的勻強磁場，磁場的磁感應(yīng)強度為B。在緩沖車的PQ、MN導(dǎo)軌內(nèi)有一個由高強度材料制成的緩沖滑塊K，滑塊K可以在導(dǎo)軌上無摩擦地滑動，在滑塊K上繞有閉合矩形線圈abcd，線圈的總電阻為R，匝數(shù)為n，ab的邊長為L。緩 沖車的質(zhì)量為m1（不含滑塊K的質(zhì)量），滑塊K的質(zhì)量為m2。為保證安全，要求緩沖車廂能夠承受的最大水平力（磁場力）為Fm，設(shè)緩沖車在光滑的水平面上運動。 （1）如果緩沖車以速度v0與障礙物碰撞后滑塊K立即停下，請判斷滑塊K的線圈中感應(yīng)電流的方向，并計算感應(yīng)電流的大??； （2）如果緩沖車與障礙物碰撞后滑塊K立即停下，為使緩沖車廂所承受的最大磁場力不超過Fm。求緩沖車運動的最大速度； （3）如果緩沖車以速速v勻速運動時，在它前進的方向上有一個質(zhì)量為m3的靜止物體C，滑塊K與物體C相撞后粘在一起，碰撞時間極短。設(shè)m1=m2=m3=m，在cd邊進入磁場之前，緩沖車（包括滑塊K）與物體C已達到相同的速度，求相互作用的整個過程中線圈abcd產(chǎn)生的焦耳熱。 24．（20分） （1）由右手定則判斷出感應(yīng)電流的方向是abcda（或逆時針） 2分 緩沖車以速度碰撞障礙物后滑塊K靜止，滑塊相對磁場的速度大小為 1分 線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢 1分 線圈中感應(yīng)電流 1分 解得 1分 （2）設(shè)緩沖車的最大速度為，碰撞后滑塊K靜止，滑塊相對磁場的速度大小為。 線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢 1分 線圈中的電流 1分 線圈ab邊受到的安培力 2分 依據(jù)牛頓第三定律，緩沖車廂受到的磁場力 1分 依題意 解得 2分 （3）設(shè)K、C碰撞后共同運動的速度為，由動量守恒定律 2分 設(shè)緩沖車與物體C共同運動的速度為 2分 由動量守恒定律 2分 設(shè)線圈abcd產(chǎn)生的焦耳熱為Q，依據(jù)能量守恒 解得 1分