2008高考物理总复习 专题十二 物理模型的构建问题训练题.doc

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2008高考物理总复习专题十二物理模型的构建问题训练题
【方法与规律】
随着高考改革的深入，新高考更加突出对考生应用能力及创新能力的考查，大量实践应用型、信息给予型、估算型命题频繁出现于卷面，由此，如何于实际情景中构建物理模型借助物理规律解决实际问题则成了一个重要环节.
理想化模型就是为便于对实际物理问题进行研究而建立的高度抽象的理想客体.
高考命题以能力立意，而能力立意又常以问题立意为切入点，千变万化的物理命题都是根据一定的物理模型，结合某些物理关系，给出一定的条件，提出需要求的物理量的.而我们解题的过程，就是将题目隐含的物理模型还原，求结果的过程.
（一）模型建立的基本程序

关键:认识实际问题的本质特征，同化物理模型
（二）运用物理模型解题的基本程序：
（1）通过审题，摄取题目信息.如：物理现象、物理事实、物理情景、物理状态、物理过程等.
（2）弄清题给信息的诸因素中什么是起主要因素.
（3）在寻找与已有信息（某种知识、方法、模型）的相似、相近或联系，通过类比联想或抽象概括，或逻辑推理，或原型启发，建立起新的物理模型，将新情景问题“难题”转化为常规命题.
（4）选择相关的物理规律求解.
【经典例题】
[例1]试估算金原子的大小，并从α粒子散射实验中估算金核的大小.设α粒子速度vα=1.60×107m/s，质子质量mp=1.67×10-27kg，基元电荷e=1.60×10-19C，静电引力恒量为k=9×109N·m2/C2，金的密度ρ=19.3×103kg/m3，阿伏加德罗常数为N=6.02×1023mol-1已知试探电荷q在距点电荷Q为r处时具有的电势能Ep=k.(计算结果取一位有效数字)
[解析]金原子的摩尔体积为V=M/ρ==1.02×10-5m3.
单个分子的体积v/NA=1.696×10-29m3
设金原子直径为d，则根据v=，代入数据后得d=110-10m.
当α粒子最接近金核时，可以认为α粒子的速度几乎减小为零，此时有

代数据后得r=410-14m
[小结]本题中估算金原子的直径，需建立原子的球体模型，用球体积最终求得分子的直径。而在研究金原子核的半径时，应与α粒子与金原子核的最近距离作为金原子核的半径，事实上，本题中α粒子与金原子核在作用过程中，应有动量守恒，能量守恒，当两核速度相等时，距离最近。但考虑到金原子核的质量远大于α粒子的质量，再加上本题中只需要一位有效数字的估算，故近似认为金原子核静止不动，这样的模型，虽简单但不影响本题的作答。

［例2］如图所示,在光滑的水平面上静止着两小车A和B，在A车上固定着强磁铁，总质量为5kg,B车上固定着一个闭合的螺线管.B车的总质量为10kg.现给B车一个水平向左的100N·s瞬间冲量，若两车在运动过程中不发生直接碰撞，则相互作用过程中产生的热能是多少？

【解析】以动量守恒定律、能的转化守恒定律、楞次定律等知识点为依托，考查分析、推理能力，等效类比模型转换的知识迁移能力.
通过类比等效的思维方法将该碰撞等效为子弹击木块（未穿出）的物理模型，是切入的关键，也是考生思路受阻的障碍点.
由于感应电流产生的磁场总是阻碍导体和磁场间相对运动，A、B两车之间就产生排斥力，以A、B两车为研究对象，它们所受合外力为零.动量守恒，当A、B车速度相等时，两车相互作用结束，据以上分析可得：
I=mBvB=(mA+mB)v,vB==m/s=10m/s,
v==6.7m/s
从B车运动到两车相对静止过程，系统减少的机械能转化成电能，电能通过电阻发热，转化为焦耳热.根据能量转化与守恒：
Q=mBv2-(mA+mB)v2
=×10×102-×15×()2J=166.7J

［例3］在原子反应堆中抽动液态金属或在医疗器械中抽动血液等导电液体时，由于不允许传动的机械部分与这些液体相接触，常使用一种电磁泵，图所示为这种电磁泵的结构.将导管放在磁场中，当电流通过导电液体时，这种液体即被驱动.如果导管中截面面积为a·h，磁场的宽度为L，磁感应强度为B，液体穿过磁场区域的电流强度为I求驱动力造成的压强差为多少？
【解析】考查摄取信息构建模型的实践创新能力.B级要求.
考生惯于已知物理模型的传统命题的求解，在此无法通过原型启发，将液体类比为磁场中导体，建立起熟知的物理模型，无法使问题切入.
此题的题源背景是电磁泵问题，它的原理是，当电流流过液体时，液体即为载流导体，在磁场中将受到安培力作用，力的方向由左手定则判定，所以液体将沿v的方向流动.液体通电后可视为导体，从电磁场的原理图中可抽象出如图30-5所示的模型，既通电导体在磁场中受力模型.以载流导体为研究对象，根据安培力公式，载流导体受到的安培力（即液体受力）为：
F=BIh①
由