2022-2023年高考物理二轮复习 高考物理压轴题解题方法研究课件

高考物理压轴题解题方法研究 高考物理压轴题具有对考生的阅读理解能力、综合分析能力、应用数学知识解决物理问题能力等多项能力的考查功能,在高考中有着举足轻重的作用．物理压轴题往往含有多个物理过程或具有多个研究对象,需要应用多个物理概念和规律进行求解,难度较大.从知识体系来划分,可分为力学综合题、电学综合题或力、电、热学综合题、电、光、原子物理综合题等,其中的力学综合题与电学综合题,在物理试卷中占有重要地位． 力学综合题包含两大方面的规律：一是物体受力的规律,二是物体运动的规律．物体的运动情况是由它的初始条件及它的受力情况决定的,由于力有三种作用效果：①力的瞬时作用效果——使物体产生形变或产生加速度；②力对时间的积累效果——冲量；③力对空间的积累效果——功,所以,加速度、冲量和功就是联系力和运动的三座桥梁,与上述三座桥梁相关的物理知识有牛顿运动定律、动量知识(包括动量定理和动量守恒定理)、机械能知识(包括动能定理和机械能守恒定律)．力学综合题注重考查物理学中的两个重要观点——动量、能量,要求考生有扎实的基础知识和良好的解题思维,能够进行正确的受力分析和运动分析,解题的关键是要理清物理情景中出现的“过程”、“状态”.一、力学综合题的求解思路 【例1】如图所示,质量M=4kg的木板AB静止放在光滑水平面上,木板右端B点固定着一根轻质弹簧,弹簧自由端在C点,C到木板左端的距离L=0.5m,质量为m=1kg的小木块(可视为质点)静止在木板的左端,其与木板间的动摩擦因数μ=0.2．木板AB受到水平向左F=14N的恒力,作用时间t后撤去,恒力F撤去时小木块恰好到达弹簧的自由端C处,此后的运动过程中弹簧的最大压缩量x=5cm,取g=10m／s2．试求：(1)水平恒力F作用的时间；(2)木块压缩弹簧的最大弹性势能；(3)整个运动过程中系统产生的热量. 解析：(1)木板向左做初速度为零的匀加速运动,而小木块在摩擦力f=μmg的作用下也做初速度为零的匀加速运动,M、m的加速度为a1、a2,由牛顿第二定律有a1=F–μmg/M=3m/s2,a2=μmg/m=2m/s2撤去F时,木块刚好运动到C处,由运动学公式得解上面各式得(2)撤去恒力F时,M、m的速度分别为v1、v2,由运动学的公式有v1=a1t=3m/s,v2=a2t=2m/s, 此时,因M的速度大于m的速度,弹簧被压缩,小木块m向左继续加速,木板M减速,当它们具有的共同速度设为v时,弹簧弹性势能最大,设为EP,将木块和木板视为系统,规定向左为正方向,系统动量守恒,则有Mv1+mv2=(M+m)v,系统从撤力F后到其有共同速度,由能量守恒有由以上各式得:弹簧的最大弹性势能EP=0.3J.(3)设小木块相对木板向左滑动离开弹簧后又能达到的共同速度为v’,相对向左滑动的距离为s,由动量守恒得(M+m)v=(M+m)v',得v’=v,由能量守恒得代入数据得:s=0.15m, 由于x+L>s,且s>x,故假设成立,所以整个运动过程系统产生的热量Q=μmg(L+x+s)=1.4J.思维点拨：本题研究对象为系统,运动过程有多个子过程,涉及许多重要知识点,读题时可用“慢镜头”将运动过程分解为下列几个子过程:1、木板、小木块作同方向加速运动,直至小木块到达弹簧自由端C处,考虑木板、小木块的位移关系列式,求出F的作用时间;2、小木块压缩弹簧,当木板、小木块具有相同速度时,弹簧压缩量最大,即弹性势能最大,从动量守恒、能量守恒两个角度分别列式;3、小木块弹出滑行,直至木板、小木块再次有相同速度,再用动量守恒和能量守恒分别列式,求出弹出滑动距离s,进而求出整个过程中系统产生的热量.解题时还应弄清状态,如笫2过程中,列式不能漏掉木块克服摩擦力消耗的能量,笫3过程中,求出小木块弹出滑行s=0.15m,还必须判断一下它是否到达弹簧自由端,是否弹出木板外等,许多考生往往忽视假设条件是否存在而导致失分. 电磁学包括静电场、恒定电流、磁场、电磁感应、交变电流和电磁场等方面的知识,研究电场、磁场和它们对电荷的作用,研究的是直流电路及交流电路的有关规律．电磁学中的“场”与“路”的知识既各自独立,又相互联系,全部的电磁学问题,以“场”为基础,进而研究“场”与“路”的关系．二、电学综合题的求解思路 【例2】如图所示,平行金属导轨竖直放置,仅在虚线MN下面的空间内存在着磁感应强度随高度变化的磁场(在同一水平线上各处磁感应强度相同),磁场方向垂直纸面向里,导轨上端跨接一定值电阻R,质量为m的金属棒两端套在导轨上并可在导轨上无摩擦滑动,导轨和金属棒电阻不计,将导轨从O处由静止释放,进入磁场后正好做匀减速运动,刚进入磁场时速度为v,到达P处时速度为v／2,O点和P点到MN的距离相等,求:(1)求金属棒在磁场中所受安培力F1的大小；(2)若已知磁场上边缘(紧靠MN)的磁感应强度为B0,求P处磁感应强度BP；(3)在金属棒运动到P处的过程中,电阻上共产生多少热量? 解析：(1)金属棒从O→MN过程棒做自由落体运动h=v2／2g,从MN→P棒做匀减速运动由mg–Fl=ma,得Fl=mg–ma=7mg/4.(2)棒从MN→P做匀减速运动,故Fl大小不变．又所以(3)棒从MN→P产生热量 【例3】如图所示,在倾角为的光滑绝缘斜面上,存在着两个磁感应强度大小都为B的匀强磁场,区域I磁场方向垂直斜面向下,区域II磁场方向垂直斜面向上,磁场宽度均为L,一个质量为m、电阻为R、边长也为L的正方形金属框由静止开始下滑,当ab边刚越过ee’进入磁场区域Ｉ时恰好做匀速直线运动,若当ab边运动到gg’与ff’的中间位置起又恰好做匀速直线运动,求：（1）当ab边刚越过ee’进入磁场区域Ｉ时恰好做匀速直线运动的速度v1,mgsin＝B2L2v1/Rv1＝mgRsin/B2L2匀加速匀速变减速匀速 mgsin－4B2L2v1/R＝maa＝－3gsin即沿斜面向上.【例3】如图所示,在倾角为的光滑绝缘斜面上,存在着两个磁感应强度大小都为B的匀强磁场,区域I磁场方向垂直斜面向下,区域II磁场方向垂直斜面向上,磁场宽度均为L,一个质量为m、电阻为R、边长也为L的正方形金属框由静止开始下滑,当ab边刚越过ee’进入磁场区域Ｉ时恰好做匀速直线运动,若当ab边运动到gg’与ff’的中间位置起又恰好做匀速直线运动,求：（2）当ab边刚越过ff’进入磁场区域II时的加速度a, mgsin＝4B2L2v2/Rv2＝mgRsin/4B2L2【例3】如图所示,在倾角为的光滑绝缘斜面上,存在着两个磁感应强度大小都为B的匀强磁场,区域I磁场方向垂直斜面向下,区域II磁场方向垂直斜面向上,磁场宽度均为L,一个质量为m、电阻为R、边长也为L的正方形金属框由静止开始下滑,当ab边刚越过ee’进入磁场区域Ｉ时恰好做匀速直线运动,若当ab边运动到gg’与ff’的中间位置起又恰好做匀速直线运动,求：（3）ab边到达gg’与ff’的中间位置时的速度v2, 【例3】如图所示,在倾角为的光滑绝缘斜面上,存在着两个磁感应强度大小都为B的匀强磁场,区域I磁场方向垂直斜面向下,区域II磁场方向垂直斜面向上,磁场宽度均为L,一个质量为m、电阻为R、边长也为L的正方形金属框由静止开始下滑,当ab边刚越过ee’进入磁场区域Ｉ时恰好做匀速直线运动,若当ab边运动到gg’与ff’的中间位置起又恰好做匀速直线运动,求：（4）从ab边开始进入磁场区域I到ab边到达gg’与ff’的中间位置的过程中产生的热量Q.3mgLsin/2－Q＝mv22/2－mv12/2Q＝3mgLsin/2－mv22/2＋mv12/2＝3mgLsin/2＋15m3g2R2sin2/32B4L4, 思维点拨：近年高考压轴题往往以导线切割磁感线为背景命题,电磁感应与力学问题联系的桥梁是安培力,导线运动与感应电流就有制约关系,分析安培力的变化是解题的关键．分析电磁感应中的电路时,应注意产生感应电动势的部分相当于电源,该部分导线相当于内电路,解题时需要正确分清内外电路、串并联关系.分析电磁感应中的能量转化问题应注意：(1)感应电流受到的安培力总是阻碍相对运动,必须有外力克服安培力做功,此过程中其他能转化为电能；(2)克服安培力做了多少功,就产生了多少电能,因此对于电磁感应问题,可以运用能量守恒定律或功能关系列式解决． 【例4】如图甲所示是某人设计的一种振动发电装置,它的结构是一个半径为r＝0.1m的有20匝的线圈套在辐向形永久磁铁槽中,磁场的磁感线均沿半径方向均匀分布（其右视图如图乙所示）.在线圈所在位置磁感应强度B的大小均为0.2T,线圈的电阻为2,它的引出线接有8的小电珠L.外力推动线圈框架的P端,使线圈做往复运动,便有电流通过电珠.当线圈向右的位移随时间变化的规律如图丙所示时（x取向右为正）,求：（1）线圈运动时产生的感应电动势E的大小；E＝NBLv＝2rNBv＝2V （2）线圈运动时产生的感应电流I的大小,并在图丁中画出感应电流随时间变化的图像（在图甲中取电流由C向上流过电珠L到D为正）；I＝E/(R1＋R2)＝0.2A－0.20.2 F＝NBIL＝2rNBI＝0.5NP＝I2R2＝0.32W（3）每一次推动线圈运动过程中的作用力F；（4）该发电机的输出功率P（摩擦等损耗不计）. 【例4】质量为m,边长为L的正方形线框,从有界的匀强磁场上方由静止自由下落,线框电阻为R,匀强磁场的磁感应强度为B,宽度为H（L＜H）.线框下落过程中ab边与磁场边界平行且沿水平方向.已知ab边刚进入磁场时和刚穿出磁场时都做减速运动,加速度大小都有是g/3,求：（1）ab边刚进入磁场时和刚穿出磁场时,线框的速度大小.变减速匀加速变减速mg－B2L2v1/R＝－mg/3,则v1＝4mgR/3B2L2 （2）cd边刚进入磁场时,线框的速度大小.变减速匀加速变减速解:v12－v22＝2g（H－L）v22＝v12－2g（H－L）＝16m2g2R2/9B4L4－2g（H－L） （3）线框进入磁场的过程中消耗的电能.变减速匀加速变减速解:mgL－E＝mv22/2－mv12/2,E＝mgL－mv22/2＋mv12/2.mgH－E＝0 （3）线框进入磁场的过程中消耗的电能.变减速匀加速变减速解:mgL－E＝mv22/2－mv12/2,E＝mgL－mv22/2＋mv12/2.mgH－E＝0 【例5】磁悬浮列车是一种高速低耗的新型交通工具.它的驱动系统简化为如下模型,固定在列车下端的动力绕组可视为一个矩形纯电阻金属框,电阻为R,金属框置于xOy平面内,长边MN长为l,平行于y轴,宽为d的NP边平行于x轴,如图1所示.列车轨道沿Ox方向,轨道区域内存在垂直于金属框平面的磁场,磁感应强度B沿x轴方向按正弦规律分布,其空间周期为,最大值为B0,如图2所示,金属框同一长边上各处的磁感应强度相同,整个磁场以速度v0沿Ox方向匀速平移.设在短暂时间内MN、PQ边所在位置磁感应强度随时间的变化可以忽略,并忽略一切阻力.列车在驱动系统作用下沿Ox方向加速行驶,某时刻速度为v（v＜v0）.（1）简要叙述列车运行过程中获得驱动力的原理；线框与磁场的速度不同,所以线框内磁通量发生变化线框内有感应电流,会受到安培力. （2）为使列车获得最大驱动力,写出MN、PQ边应处于磁场中的什么位置及与d之间应满足什么条件？前后边产生的感应电动势应同向,前后边所在处磁场方向应相反.BB前后边都处在磁感应强度最大处.d＝(2k＋1)/2 （3）计算在满足第（2）问的条件下列车速度为v时驱动力的大小.E＝2B0l(v0－v)v0vv0－vI＝2B0l(v0－v)/RF＝2B0Il＝4B02l2(v0－v)/R＝2B0l(v0－v)t 力电综合题往往以带电粒子在复合场中的运动为背景命题,融合力学、电磁学知识,构思新颖、综合性强．求解这类综合题要注意从如下几方面去把握：(1)正确分析带电粒子的受力情况．判断带电粒子的重力是否忽略不计,电场力和洛伦兹力的大小和方向怎样,这些问题都必须根据题意以及各场力的特征作出全面的分析．(2)正确分析带电粒子运动情况．要确定带电粒子做什么运动?有哪些运动过程?近年高考试题中最典型的运动状态有平抛运动和匀速圆周运动等．(3)善于从功和能的角度分析问题．洛伦兹力不做功,重力和电场力做功与路径无关,做正功,势能减小,做负功,势能增大．(4)从动量和电量切入问题．对于两个相互作用的带电粒子或系统,注意运用动量守恒和电量守恒的思想分析．(5)灵活运用力学规律．在正确而全面的分析基础上,画好必要的受力图和运动轨迹图,再根据带电粒子的运动状态和过程,灵活地运用平衡条件、牛顿定律、动量守恒定律、功能关系等规律来求解．三、力学和电学综合题的求解思路 【例4】如图所示,在x>0的空间中,存在沿x轴方向的匀强电场,电场强度E=10N／C；在x