1、十二 物理过程分析技巧命题趋势历届高考总是把对能力的考查放在首位，考生能否准确地分清物理过程是解决物理问题的关键，反映出学生分析、解决物理问题能力的高低。因此，历届高考试卷都设置有一系列物理过程分析的试题。对物理过程的分析，就是将一个复杂的物理过程经过人脑的思维整理，分解成几个简单的有规律的子过程，并找出几个子过程之间的相互联系和制约条件。通过这种分析，应使学生能在头脑里形成一个生动而清晰的物理情景， 找到解决问题的简捷办法。对物理过程的分析，其本身也是培养学生思维能力、分析问题能力的有效途径。教学目标：1通过专题复习，掌握物理过程分析的技巧和方法，提高解答过程分析类试题的能力。2通过对物理过
2、程分析的训练，培养学生思维的严密性、深刻性、灵活性，提高学生的逻辑推理能力。教学重点：通过专题复习，掌握物理过程分析的技巧和方法，提高解答过程分析类试题的能力。教学难点：通过对物理过程分析的训练，培养学生思维的严密性、深刻性、灵活性，提高学生的逻辑推理能力。教学方法：讲练结合，计算机辅助教学教学过程：一、考题回顾1（2000年全国）在原子核物理中，研究核子与核关联的最有效途径是“双电荷交换反应”。这类反应的前半部分过程和下述力学模型类似。两个小球A和B用轻质弹簧相连，在光滑的水平直轨道上处于静止状态。在它们左边有一垂直于轨道的固定挡板P，右边有一小球C沿轨道以速度射向B球，如图所示。C与B发生
3、碰撞并立即结成一个整体D。在它们继续向左运动的过程中，当弹簧长度变到最短时，长度突然被锁定，不再改变。然后，A球与挡板P发生碰撞，碰后A、D都静止不动，A与P接触而不粘连。过一段时间，突然解除锁定（锁定及解除锁定均无机械能损失）。已知A、B、C三球的质量均为m。（1）求弹簧长度刚被锁定后A球的速度。（2）求在A球离开挡板P之后的运动过程中，弹簧的最大弹性势能。解析：（1）设C球与B球粘结成D时，D的速度为，由动量守恒，有 当弹簧压至最短时，D与A的速度相等，设此速度为，由动量守恒，有 由、两式得A的速度 （2）设弹簧长度被锁定后，贮存在弹簧中的势能为，由能量守恒，有 撞击P后，A与D的动能都为
4、零，解除锁定后，当弹簧刚恢复到自然长度时，势能全部转变成D的动能，设D的速度为，则有 当弹簧伸长时，A球离开挡板P，并获得速度。当A、D的速度相等时，弹簧伸至最长。设此时的速度为，由动量守恒，有 当弹簧伸到最长时，其势能最大，设此势能为，由能量守恒，有解以上各式得 点评：这是一道通过给定的物理情景考查学生理解、推理和分析综合以及获取知识能力的试题。题目给出了“双电荷交换反应”这样一种新情景，还给出了“锁定”及“解除锁定”等新颖提法，让学生有一种全新的感受。认真分析题意，就能知道题目所给出的不过是一个过程较为复杂的力学模型，只要善于把它分解为简单的运动过程，运用相关知识就可求解。2（2004年全
5、国理综卷25题20分）一小圆盘静止在桌布上，位于一方桌的水平面的中央。桌布的一边与桌的AB边重合，如图所示。已知盘与桌布间的动摩擦因数为1，盘与桌面间的动摩擦因数为2。现突然以恒定加速度a将桌布抽离桌面，加速度的方向是水平的且垂直于AB边。若圆盘最后未从桌面掉下，则加速度a满足的条件是什么？（以g表示重力加速度）解：设圆盘的质量为m，桌长为l，在桌布从圆盘下抽出的过程中，盘的加速度为a1，有 桌布抽出后，盘在桌面上作匀减速运动，以a2表示加速度的大小，有 设盘刚离开桌布时的速度为v1，移动的距离为x1，离开桌布后在桌面上在运动距离x2后便停下，有 盘没有从桌面上掉下的条件是 设桌布从盘下抽出的
6、时间为t，在这段时间内桌布移动的距离为x，有 而 由以上各式解得 3一传送带装置示意图如图所示，其中传送带经过AB区域时是水平的，经过BC区域时变为圆弧形（圆弧由光滑模板形成，为画出），经过CD区域时是倾斜的，AB和CD都与BC相切。现将大量的质量均为m的小货箱一个一个在A处放到传送带上，放置时初速为零，经传送带运送到D处，D和A的高度差为h。稳定工作时传送带速度不变，CD段上各箱等距排列，相邻两箱的距离为L。每个箱子在A处投放后，在到达B之前已经相对于传送带静止，且以后也不再滑动（忽略经BC段时的微小滑动）。已知在一段相当长的时间T内，共运送小货箱的数目为N。这装置由电动机带动，传送带与轮子
7、间无相对滑动，不计轮轴处的摩擦。求电动机的平均输出功率P。【评析】本题难度0.044，区分度0.424，是全卷的最后一题，属于难题，用于区分较高水平的考生。本题源于用传送带传送货物的实际问题，重点考查分析综合能力和理解能力，题目设计的情景比较复杂，许多条件比较隐蔽（如传送带的速度v0等），要求考生对于物理概念和规律的认识要比较深入，如小货箱从A处由静止开始达到和传送带相同的速度过程中，传送带做功使货箱的动能增加，同时还有摩擦生热等。答案：以地面为参考系（下同），设传送带的运动速度为v0，在水平段运输的过程中，小货箱先在滑动摩擦力作用下做匀加速运动，设这段路程为s，所用时间为t，加速度为a，则对
8、小箱有 在这段时间内，传送带运动的路程为 由以上可得 用f表示小箱与传送带之间的滑动摩擦力，则传送带对小箱做功为 传送带克服小箱对它的摩擦力做功 两者之差就是克服摩擦力做功发出的热量 可见，在小箱加速运动过程中，小箱获得的动能与发热量相等。 T时间内，电动机输出的功为 此功用于增加小箱的动能、势能以及克服摩擦力发热，即 已知相邻两小箱的距离为L，所以 联立，得 二、典题例析（一）重视对基本物理过程的分析在高中物理中，力学部分涉及到的过程有匀速直线运动、匀变速直线运动、平抛运动、圆周运动、机械振动等。除了这些运动过程外还有两类重要的过程，一个是碰撞过程，另一个是先变加速最终匀速过程（如恒定功率汽
9、车的启动问题）。电学中的变化过程主要有电容器的充电与放电等。以上的这些基本过程都是非常重要的，在平时的学习中都必须进行认真分析，掌握每个过程的特点和每个过程遵循的基本规律。【例题1】（2003年江苏）当物体从高空下落时，空气阻力随速度的增大而增大，因此经过一段距离后将匀速下落，这个速度称为此物体下落的稳态速度。已知球形物体速度不大时所受的空气阻力正比于速度v，且正比于球半径r，即阻力f=krv，k是比例系数。对于常温下的空气，比例系数k=3.410-4Ns/m2。已知水的密度kg/m3，重力加速度为m/s2。求半径r=0.10mm的球形雨滴在无风情况下的稳态速度。（结果保留两位有效数字）解题方
10、法与技巧：雨滴下落时受两个力作用：重力，方向向下；空气阻力，方向向上。当雨滴达到稳态速度后，加速度为0，二力平衡，用m表示雨滴质量，有mg-krv=0，求得，v=1.2m/s。点评：此题就是对典型运动过程先变加速最终匀速的考查，在高考试题中多次出现。（二）分析物理过程的要点1阶段性将题目涉及的整个过程适当的划分为若干阶段；2联系性找出各个阶段之间是由什么物理量联系起来的；3规律性明确每个阶段遵循什么物理规律。【例题2】如图（1）所示，有两块大小不同的圆形薄板（厚度不计），质量分别为M和m，半径分别为R和r，两板之间用一根长为0.4m的轻绳相连结。开始时，两板水平放置并叠合在一起，静止于高度为0
11、.2m处。然后自由下落到一固定支架C上，支架上有一半径为R（rR 3时，两板获得向上的共同速度；当k s2+60从、得出s1- s2=40m60m所以会发生车祸。点评：此题的干扰因素就是40s。如果不认真分析物理过程，排出迷惑条件的干扰，不懂得不发生车祸的条件是v4m/s，而不是vt=0，必会出错。4注意合理划分物理过程该分则分，宜合则合，并将物理过程的分析与研究对象及规律的选用，加以统筹考虑，以求最佳思路。【例题6】如图所示，一个质量为m，电量为-q的小物体，可在水平轨道x上运动，O端有一与轨道垂直的固定墙，轨道处在场强大小为E，方向沿Ox轴正向的匀强磁场中，小物体以初速度v0从点x0沿Ox
12、轨道运动，运动中受到大小不变的摩擦力f作用，且ff，所以物体向左做初速度为零的匀加速直线运动，直到以一定速度与墙壁碰撞，碰后物体的速度与碰前速度大小相等，方向相反，然后物体将多次的往复运动。但由于摩擦力总是做负功，物体机械能不断损失，所以物体通过同一位置时的速度将不断减小，直到最后停止运动。物体停止时，所受合外力必定为零，因此物体只能停在O点。对于这样幅度不断减小的往复运动，研究其全过程。电场力的功只跟始末位置有关，而跟路径无关，所以整个过程中电场力做功 根据动能定理得： 。点评：该题也可用能量守恒列式：电势能减少了，动能减少了，内能增加了， 同样解得。5“临界”分析，弄清本质一些物理过程问题
13、，因一个或几个物理量变化到某一特定值临界值，则会是物理过程发生质的突变，因此，分析临界值，弄清物理过程发生突变的条件，对不同本质的物理过程选用相应的规律，避免把形同质异的物理过程混为一谈。【例题7】（2004年春季高考卷）如图所示，abc是光滑的轨道，其中ab是水平的，bc为与ab相切的位于竖直平面内的半圆，半径R=0.30m。质量m=0.20kg的小球A静止在轨道上，另一质量M=0.60kg、速度v0=5.5m/s的小球B与小球A正碰。已知相碰后小球A经过半圆的最高点c落到轨道上距b点为处，重力加速度g=10m/s2，求：（1）碰撞结束后，小球A和B的速度的大小。（2）试论证小球B是否能沿着
14、半圆轨道到达c点。解题方法与技巧：（1）以v1表示小球A碰后的速度，v2表示小球B碰后的速度，表示小球A在半圆最高点的速度，t表示小球A从离开半圆最高点到落在轨道上经过的时间，则有 由求得 代入数值得 （2）假定B球刚能沿着半圆轨道上升到c点，则在c点时，轨道对它的作用力等于零。以vc表示它在c点的速度，vb表示它在b点相应的速度，由牛顿定律和机械能守恒定律，有解得 代入数值得 由，所以小球B不能达到半圆轨道的最高点。6注意画示意图展示物理图景在物理分析过程中，做出通过抽象思维加工和概括出来的示意图，可以帮助我们建立起关于事物及其变化的生动的物理情景，便于我们从整体上把握问题，可使物理情景直观
15、化，物理量之间的关系更明显，达到成功解题的目的。【例题8】在光滑的水平面上有一静止的物体，现以水平恒力甲推这一物体，作用一段时间后，换成相反方向的水平恒力乙推这一物体。当恒力乙作用时间与恒力甲作用时间相同时，物体恰好回到原处，此时物体的动能为32J。则在整个过程中，恒力甲做功等于多少J？恒力乙做功等于多少J？解析：这是一道较好的力学综合题，涉及运动、力、功能关系的问题。粗看物理情景并不复杂，但题意直接给的条件不多，只能深挖题中隐含的条件。下图表达出了整个物理过程。解题方法与技巧：物体在相同的时间内都作匀变速运动，则有 s=v1t/2 -s=（v1（-v2）t/2 由上面两式得 v2=2 v1
16、。 根据动能定理，W1= F1s=mv12/2, W2= F2s= mv22/2mv12/2解得W1=8J W2= 24J点评：养成正确画示意图的习惯。解物理题，能画图的尽量画，画图能帮助我们理解题意，分析过程，探索过程中各物理量的变化。从受力图、电路图到光路图，几乎无一物理问题不用图来加强认识联系的，而画图又迫使你审查问题的各个细节以及细节之间的关系。三、能力训练1如图所示，质量为M的小车A右端固定一根轻弹簧，车静止在光滑水平面上，一质量为m的小物块B从左端以速度v0冲上小车并压缩弹簧，然后又被弹回，回到车左端时刚好与车保持相对静止求整个过程中弹簧的最大弹性势能EP和B相对于车向右运动过程中
17、系统摩擦生热Q各是多少？2如图所示，水平的平行虚线间距为d=50cm，其间有B=1.0T的匀强磁场。一个正方形线圈边长为l=10cm，线圈质量m=100g，电阻为R=0.020。开始时，线圈的下边缘到磁场上边缘的距离为h=80cm。将线圈由静止释放，其下边缘刚进入磁场和刚穿出磁场时的速度相等。取g=10m/s2，求：线圈进入磁场过程中产生的电热Q。线圈下边缘穿越磁场过程中的最小速度v。线圈下边缘穿越磁场过程中加速度的最小值a。3如图所示，在直角坐标系的第一、二象限内有垂直于纸面的匀强磁场，第三象限有沿Y轴负方向的匀强电场，第四象限内无电场和磁场。质量为m、带电量为q的粒子从M点以速度v0沿x轴
18、负方向进入电场，不计粒子的重力，粒子经N、P最后又回到M点。设OM=L，ON=2L，则：（1）关于电场强度E的大小，下列结论正确的是 （ ）A B C D（2）匀强磁场的方向是 。（3）磁感应强度B的大小是多少？ 参考答案：1，EP=Q=2解：由于线圈完全处于磁场中时不产生电热，所以线圈进入磁场过程中产生的电热Q就是线圈从图中2位置到4位置产生的电热，而2、4位置动能相同，由能量守恒Q=mgd=0.50J3位置时线圈速度一定最小，而3到4线圈是自由落体运动因此有v02-v2=2g（d-l），得v=2m/s 2到3是减速过程，因此安培力减小，由F-mg=ma知加速度减小，到3位置时加速度最小，a=4.1m/s23（1）由带电粒子在电场中做类平抛运动，易知，且则E= 故选C（2）由左手定则，匀强磁场的方向为垂直纸面向里。（3）根据粒子在电场中运动的情况可知，粒子带负电。粒子在电场中做类平抛运动，设到达N点的速度为v，运动方向与x轴负方向的夹角为，如图14所示。由动能定理得将（1）式中的E代入可得 所以=45粒子在磁场中做匀速圆周运动，经过P点时速度方向也与x轴负方向成45角。则OP=OM=L NP=NO+OP=3L粒子在磁场中的轨道半径为R=Npcos45= 又解得 16