专题15 分子模型-高考物理模型系列之对象模型(解析版)

高考力学试题中的物理模型专题法国科学方法论学者阿雷说：“科学的基本活动就是探索和制定模型”。

为探索和揭示复杂事物的本质和规律，必须根据所研究的对象和问题的特点，从所研究的对象和问题的特点，从所考察的角度出发，撇开问题中个别的、非本质的因素，抽出主要的、本质的因素加以考查研究，利用抽象思维和想象力，采用理想化和纯粹化的方法建立起一个轮廓清晰、主题突出的、易于研究的新对象和新过程。

这个新对象、新过程就叫物理模型。

物理模型是物理学研究问题的基本方法。

物理模型也是物理解题的基本方法。

物理模型从不同角度研究有不同的分类方法，没有严格的定论。

针对高中力学模型的特点，同时体现力学知识结构的内在逻辑，根据中学物理教学的特点及模型的主要教学功能，把高中力学物理模型分为四类：一对象模型，二环境模型，三过程模型，四数学模型。

用来代替由具体物质组成的、代表研究对象的实体系统，叫做对象模型。

力学中的对象模型有质点、刚体、杠杆、轻质弹簧、单摆、弹簧振子、理想流体、点电荷。

高考物理试题中，极少涉及刚体的模型和杠杆模型，分析弹簧问题时往往是以弹簧连接的物体为研究对象，单摆可以看做轻绳和质点的组合，弹簧振子看做弹簧和质点的组合，处理理想的流体时可以取流体中的小部分看成质点来分析，点电荷可以看做带电的质点，所以高考物理力学试题中的对象模型其实只有一个，就是质点。

把研究对象所处的外部环境理想化，排除外部条件中干扰研究对象运动变化的次要因素，突出外部条件的本质特征或最主要方面，从而建立的物理模型称为环境模型。

环境模型可以分为场环境模型和装置模型。

研究在地面上空不高处无初速度下落的物体的运动，把局部空间看成一个重力场强度为g的均匀重力场，这样的重力场称为小尺度空间重力场。

把外部环境抽象成物理模型，往往仅局限于某一个范围内，不能无限延扩。

研究在高空中绕地球转动的卫星的运动，使用小环境重力场就不适合，可以把整个环境看成引力场强度为的引力场，称为大尺度空间的重力场。

高考物理《机械能》常用模型最新模拟题精练专题15机械能+游戏模型一、选择题1.（2023湖南岳阳重点高中质检）“打水漂”是人类最古老的游戏之一，游戏者运用手腕的力量让撇出去的石头在水面上弹跳数次。

如图所示，游戏者在地面上以速度0v 抛出质量为m 的石头，抛出后石头落到比抛出点低h 的水平面上。

若以抛出点为零势能点，不计空气阻力，则下列说法正确的是（）A ．抛出后石头落到水平面时的势能为mghB ．抛出后石头落到水平面时重力对石头做的功为－mghC ．抛出后石头落到水平面上的机械能为212mv D ．抛出后石头落到水平面上的动能为2012mv mgh-【参考答案】．C【名师解析】．以抛出点为零势能点，水平面低于抛出点h ，所以石头在水平面上时的重力势能为－mgh ，A 错误；．抛出点与水平面的高度差为h ，并且重力做正功，所以整个过程重力对石头做功为mgh ，B 错误；．整个过程机械能守恒，以抛出点为零势能点，抛出时的机械能为2012mv ，所以石头在水平面时的机械能也为212mv ，C 正确；．根据动能定理得2k2012mgh E =-可得石头在水平面上的动能2k2012E mv mgh=+，D 错误。

2.(2022四川成都三模)如图，游乐园中某海盗船在外力驱动下启动，某时刻撤去驱动力，此后船自由摆动，当悬臂OA 水平时，船的速度恰好为零。

若A 、B 、C 处质量相等的乘客始终相对船静止，且以相同的半径随船摆动，摆动装置（含乘客）的重心位于圆弧AC 的中点B ，∠AOC ＝60°，不计一切阻力，重力加速度大小为g ，则海盗船在自由摆动过程中（）A.水平时，船对C 处乘客的作用力为零B.OA 水平时，B 处乘客的加速度大小为0.5B a g=C.A 处乘客从图示位置运动至最低点的过程中，始终处于失重状态D.A 、B 处乘客分别运动至最低点时，船对乘客竖直方向的作用力大小之比为32A B F F =【参考答案】D【名师解析】设乘客质量为m ，根据力的分解可知，水平时，船对C 处乘客的作用力为cos30F mg =︒故A 错误；OA 水平时，B 处乘客的加速度大小sin 6032B mg a g m ︒==,故B 错误；C ．A 处乘客从图示位置运动至最低点的过程中，当向心加速度在竖直方向的分量大于切向加速在竖直方向分量时，A 处乘客处于超重状态，故C 错误；设整体质量为M ，A 处乘客分别运动至最低点时，根据动能定理得21(cos30cos60)2A MgL Mv ︒-︒=,在最低点，对A 处乘客2AA v F mg m L-=,解得3A F mg=B 处乘客分别运动至最低点时，根据动能定理得21(1cos 60)2MgL Mv -︒=在最低点，对B 处乘客2BB v F mg mL-=,解得2B F mg =,可得32A B F F =,故D 正确。

Fm 高考常用24个物理模型物理复习和做题时需要注意思考、善于归纳整理，对于例题做到触类旁通，举一反三，把老师的知识和解题能力变成自己的知识和解题能力，下面是物理解题中常见的24个解题模型，从力学、运动、电磁学、振动和波、光学到原子物理，基本涵盖高中物理知识的各个方面。

主要模型归纳整理如下：模型一：超重和失重系统的重心在竖直方向上有向上或向下的加速度(或此方向的分量a y ) 向上超重(加速向上或减速向下)F =m (g +a )； 向下失重(加速向下或减速上升)F =m (g -a ) 难点：一个物体的运动导致系统重心的运动绳剪断后台称示数 铁木球的运动 系统重心向下加速 用同体积的水去补充斜面对地面的压力? 地面对斜面摩擦力? 导致系统重心如何运动？模型二：斜面搞清物体对斜面压力为零的临界条件斜面固定：物体在斜面上情况由倾角和摩擦因素决定μ=tg θ物体沿斜面匀速下滑或静止 μ> tg θ物体静止于斜面 μ< tg θ物体沿斜面加速下滑a=g(sin θ一μcos θ)aθ模型三：连接体是指运动中几个物体或叠放在一起、或并排挤放在一起、或用细绳、细杆联系在一起的物体组。

解决这类问题的基本方法是整体法和隔离法。

整体法：指连接体内的物体间无相对运动时,可以把物体组作为整体，对整体用牛二定律列方程。

隔离法：指在需要求连接体内各部分间的相互作用(如求相互间的压力或相互间的摩擦力等)时，把某物体从连接体中隔离出来进行分析的方法。

连接体的圆周运动：两球有相同的角速度；两球构成的系统机械能守恒(单个球机械能不守恒)与运动方向和有无摩擦(μ相同)无关，及与两物体放置的方式都无关。

平面、斜面、竖直都一样。

只要两物体保持相对静止记住：N=211212m F m F m m ++ (N 为两物体间相互作用力),一起加速运动的物体的分子m 1F 2和m 2F 1两项的规律并能应用⇒F 212m m m N+=讨论：①F 1≠0；F 2=0122F=(m +m )a N=m aN=212m F m m +② F 1≠0；F 2≠0 N= 211212m F m m m F ++(20F =是上面的情况) F=211221m m g)(m m g)(m m ++F=122112m (m )m (m gsin )m mg θ++F=A B B 12m (m )m Fm m g ++F 1>F 2 m 1>m 2 N 1<N 2例如：N 5对6=F Mm (m 为第6个以后的质量) 第12对13的作用力N 12对13=Fnm12)m -(nm 2 m 1 Fm 1 m 2╰ α模型四：轻绳、轻杆绳只能受拉力，杆能沿杆方向的拉、压、横向及任意方向的力。

2024年高考物理一轮大单元综合复习导学练专题15超重失重、等时圆和动力学两类基本问题导练目标导练内容目标1超重失重目标2动力学两类基本问题目标3等时圆模型【知识导学与典例导练】一、超重失重1．判断超重和失重现象的三个角度(1)从受力的角度判断：当物体受到的向上的拉力(或支持力)大于重力时，物体处于超重状态；小于重力时处于失重状态；等于零时处于完全失重状态。

(2)从加速度的角度判断：当物体具有向上的加速度时处于超重状态；具有向下的加速度时处于失重状态；向下的加速度恰好等于重力加速度时处于完全失重状态。

(3)从速度变化角度判断：物体向上加速或向下减速时，超重；物体向下加速或向上减速时，失重。

2．对超重和失重问题的三点提醒(1)发生超重或失重现象与物体的速度方向无关，只取决于加速度的方向。

(2)并非物体在竖直方向上运动时，才会出现超重或失重现象。

只要加速度具有竖直向上的分量，物体就处于超重状态；同理，只要加速度具有竖直向下的分量，物体就处于失重状态。

(3)发生超重或者失重时，物体的实际重力并没有发生变化，变化的只是物体的视重。

【例1】如图所示，一个圆形水杯底部有一小孔，用手堵住小孔，往杯子里倒半杯水。

现使杯子做以下几种运动，不考虑杯子转动及空气阻力，下列说法正确的是（）A．将杯子竖直向下抛出，小孔中有水漏出B．将杯子斜向上抛出，小孔中有水漏出C．用手握住杯子向下匀速运动，不堵住小孔也没有水漏出D．杯子做自由落体运动，小孔中没有水漏出【答案】D【详解】ABD．杯子跟水做斜抛运动、自由落体运动、下抛运动时都只受重力，处于完全失重状态，杯子与水相对静止，因此不会有水漏出，AB 错误，D 正确；C ．杯子向下做匀速运动，处于平衡状态，水受重力，会漏出，C 错误。

故选D 。

【例2】“笛音雷”是春节期间常放的一种鞭炮，其着火后一段时间内的速度—时间图像如图所示（取竖直向上为正方向），其中0t 时刻为“笛音雷”起飞时刻、DE 段是斜率大小为重力加速度g 的直线。

高考物理模型专题归纳总结一、引言高考物理考试中的物理模型是学生们备考的重点内容之一。

物理模型的理解和应用能力是解题的关键。

在高考物理考试中，常见的物理模型包括力学模型、电磁感应模型、光学模型等等。

本文将对这些物理模型进行归纳总结，帮助广大考生更好地掌握和应用这些知识。

二、力学模型1. 牛顿运动定律模型牛顿第一定律、牛顿第二定律、牛顿第三定律是力学模型中最基础的内容。

牛顿第一定律指出物体如果没有外力作用，将保持匀速直线运动或静止状态。

牛顿第二定律则给出了物体力学模型的数学表达式F=ma，其中F为物体所受合力，m为物体质量，a为物体加速度。

牛顿第三定律则说明了作用力与反作用力相等并方向相反的关系。

2. 弹性模型弹簧弹性模型是高考中常见的题型，通过应用胡克定律和弹簧势能公式进行计算。

胡克定律描述了弹簧伸长或缩短的变形与所受力的关系，F=kx，其中F为作用在弹簧上的力，k为弹簧的劲度系数，x为弹簧的伸长或缩短量。

弹簧势能公式为E=1/2kx²，其中E为弹簧的势能。

3. 圆周运动模型圆周运动模型中，角速度、角加速度、圆周位移与线位移的关系是基础内容。

角速度ω定义为角位移θ与时间t的比值，单位为弧度/秒。

角加速度α定义为角速度的变化率，单位为弧度/秒²。

圆周位移和线位移之间的关系为s=rθ，其中s为圆周位移，r为半径，θ为角位移。

三、电磁感应模型1. 法拉第电磁感应模型法拉第电磁感应模型是高考物理中的重要内容，应用于电磁感应的计算和分析。

法拉第电磁感应定律指出，通过导线的磁通量的变化率产生感应电动势，其大小和方向由导线所围成的回路和磁场变化率决定。

可以通过Faraday公式ε=-dΦ/dt进行计算，其中ε为感应电动势，Φ为磁通量，t为时间。

2. 毕奥-萨伐尔定律毕奥-萨伐尔定律描述了通过导体的电流所产生的磁场与导体所受磁场力的关系。

根据该定律，通过导体的电流所产生的磁场方向垂直于电流方向，其大小与电流强度和导线到磁场中心的距离正比。

模型界定本模型主要归纳分子大小与排列方式、分子的运动、分子力及其表现以及物体的内能问题. 模型破解 1.分子动理论(i)物质是由大量的分子组成的物质由大量分子组成，而分子具有大小，它的直径数量级是10-10m,一般分子质量的数量级是10-26 kg ．分子间有空隙.阿伏伽德罗常数：l 摩的任何物质含有的微粒数相同，这个数的测量值为N A = 6.02×1023mol -1．阿伏伽德罗常数是个十分巨大的数字，分子的体积、质量都十分小，从而说明物质是由大量分子组成的．①估算分子大小或间距的两种模型.（a ）球体模型：由于固体和液体分子间距离很小，因此可近似看成分子是紧密排列着的球体，若分子直径为d ，则其体积为：336134d R V ππ==.（b ）立方体模型：设想固体和液体分子（原子或离子）是紧密排列着的立方体，那么分子的距离（即分子线度）就是立方体的边长L ，因此一个分子的体积就是3L V=.对固体和液体，可以近似地认为分子是一个挨一个紧密排列在一起的.处理固、液体分子的大小，可应用上术两种模型之一.若考查气体分子间距，由于在一般情况下气体分子不是紧密排列的，所以上述模型无法求分子的直径，但能通过上述模型求分子间的距离.②常见微观量的求解表达式（说明：M 为摩尔质量，ρ为物质密度，V mol 为摩尔体积) （a ）1个分子的质量：m=M/N A .（b ）1个分子的体积或占有的空间体积：V=V mol /N A . （c ）1摩尔物质的体积：V mol =M/ρ. （d ）单位质量中所含分子数：n=N A /M. （e ）单位体积中所含分子数：n′=ρN A /M. （f ）分子间距离（分子直径）：36AmolN V dπ=（球体模型），3AmolN V d =（立方体模型）.(g)计算物质所含的分子数：A molA A mol N V M N M V N V V N M m NAρρ==== "油膜法"估测分子大小用油酸的酒精溶液在平静的水面上形成单分子油膜，将油酸分子看作球形，测出一定体积油酸溶液在水面上形成的油膜面积，用d=V/S 计算出油膜的厚度.这个厚度就近似等于油酸分子的直径,其中V 是油酸酒精溶液中纯油酸的体积.例1.若已知阿伏加德罗常数、物质的摩尔质量、摩尔体积，则可以计算出 A ．固体物质分子的大小和质量 B ．液体物质分子的大小和质量 C ．气体分子的大小和质量D ．气体分子的质量和分子间的平均距离 【答案】ABD例2.在“用油膜法测量分子直径”的实验中，将浓度为η的一滴油酸溶液，轻轻滴入水盆中，稳定后形成了一层单分子油膜．测得一滴油酸溶液的体积为V 0，形成的油膜面积为S ，则油酸分子的直径约为 ▲ ；如果把油酸分子看成是球形的（球的体积公式为316V d π=，d 为球直径），计算该滴油酸溶液所含油酸分子的个数约为多少．【答案】2236V S n πη= 【解析】:油酸分子的直径SV S V d0η==.可认为该滴油酸溶液中纯油酸的体积等于组成它的所有油酸分子体积的总和:300)(61S V n V ηπη=得2236V S n πη=.模型演練1.已知潜水员在岸上和海底吸入空气的密度分别为 1.3kg/3m 和 2.1kg/3m ，空气的摩尔质量为0.029kg/mol ，阿伏伽德罗常数A N =6.0223110mol -⨯。

2023年高考物理《静电场》常用物理模型最新模拟题精练专题15.静电感应一．选择题1．（2023湖南岳阳重点高中质检）如图所示，接地的金属板右侧有固定的点电荷Q+，a、b是金属板右侧表面的两点，其中a到Q+的距离较小。

下列说法正确的是（）A．由于静电感应，金属板右侧表面带负电，左侧表面带正电B．由于静电感应，金属板右侧表面带正电，左侧表面带负电C．整个导体，包括表面上的a、b点，是一个等势体，且电势等于零D．a、b两点的电场强度不为零，且a、b两点场强方向相同，但a点的场强比b点的场强要强（大）【参考答案】．CD【名师解析】画出电场线如图所示．根据静电感应的原理可知，同种电荷相斥，异种电荷相吸，又因右侧接地，由于右侧表面右边有正点电荷，金属板右侧表面仍带负电，那么左侧表面多余电荷被中和，因此不带正电，故AB错误；导体在电荷Q的电场中处于静电平衡状态时，在导体内部任意一点，感应电荷产生的附加电场的场强与电荷Q产生的场强与大小相等，方向相反，此时导体的内部场强处处为0，电荷只分布在导体的外表面，且整个导体是一个等势体，故C正确；静电平衡的导体，电荷分布在外表面，则a、b两点的电场强度不为零，根据电场线的分布可知，a、b两点电场强度方向相同，但a点的电场强度比b点的电场强度要强（大）一些，故D正确。

2.（2022山西运城期中）法拉第笼是一个由金属制成的球形状笼子，与大地连通。

当高压电源通过限流电阻将10万伏直流高压输送给放电杆，放电杆尖端靠近笼体时，出现放电火花。

如图所示，体验者进入笼体后关闭笼门，操作员接通电源，用放电杆进行放电演示。

则当放电杆尖端靠近笼体稳定且尚未放电时，下列说法正确的是)A.法拉第笼上的感应电荷均匀分布在笼体外表面上B.法拉第笼内部任意两点间的电势差为零C.法拉第笼上的感应电荷在笼内产生的电场强度为零D.同一带电粒子在法拉第笼外的电势能大于在法拉第笼内部的电势能当放电杆尖端距离笼体很近时，出现放电火花，【参考答案】．B【名师解析】感应电荷在笼体外的分布是不均匀的，靠近放电杆与远离放电杆处的电荷多，中间位置处的电荷少，故A错误；达到静电平衡状态的导体，内部电场强度处处为零，所以法拉第笼内部任意两点间的电势差为零，故B正确；达到静电平衡状态的导体，内部电场强度处处为零，即感应电荷的附加电场与引起电磁感应的电荷的电场的合场强为，所以感应电荷在笼内产生的电场强度不能为零。

高考物理模型知识点总结物理作为一门自然科学，是研究物质、能量和它们之间相互作用的学科。

在高中物理教学中，学生需要掌握和运用多种模型来解释和预测自然现象。

下面将对高考物理模型知识点进行总结，以帮助同学们更好地复习和应对高考。

一、粒子模型粒子模型是描述宏观物质行为的基础，它假设物质由微观的粒子组成，可以看作是一些实际物质在特定条件下简化而得的模型。

在物理学中，常用的粒子模型有质点模型和准质点模型。

质点模型假设物体无限小、没有形状和体积，只有质量和位置。

通过质点模型可以解释机械运动、碰撞、受力等问题。

准质点模型是质点模型的一种延伸，它认为物体在具有分子结构的条件下，可以近似看作由质点组成的。

准质点模型广泛应用于热学问题、电学问题和物态变化等领域。

二、简谐振动模型简谐振动模型是描述周期性振动的一种模型，在物理中有广泛的应用。

简谐振动包括了弹性势能和动能之间的转化。

在动力学平衡位置附近，物体受到的力可以近似表示为与位移成正比的力，即恢复力。

这种情况下，物体的振动可以用简谐振动模型进行描述。

简谐振动模型常用于描述弹簧振子、摆钟等。

三、电路模型电路模型是描述电流和电压分布的一种模型。

在电路中，电流通过导线流动，而电压代表电荷在电路中的移动能力。

电路可以采用电路图的形式来进行表示。

其中，电阻用符号表示，电源和电压表用直线段表示，导线用直线表示。

电路模型常用于解决电阻的并联和串联问题，以及与电阻并联的元件的工作原理等问题。

四、光学模型光学模型是解释光的传播和反射折射的理论依据。

光学模型包括了几何光学模型和波动光学模型。

几何光学模型假设光是由一条直线构成的，用于描述光的透射、反射等现象。

几何光学模型中，光线在光学器件表面的传播方式可以用光的反射和折射规律来描述。

波动光学模型基于光是一种波动现象的假设，用于描述光的干涉、衍射等现象。

波动光学模型常用于解决光的单缝、双缝干涉问题，以及杨氏双缝实验等。

五、力学模型力学模型是描述力学运动的一种模型，其中包含了牛顿力学模型和相对论力学模型。

2023届高三物理一轮复习重点热点难点专题特训专题15 动力学图像、超重失重、等时圆、临界极值问题 特训目标特训内容 目标1动力学图像问题（1T —4T ） 目标2超重失重问题（5T —8T ） 目标3等时圆问题（9T —12T ） 目标4 临界极值问题（13T —16T ）一、动力学图像问题1．如图甲所示，一质量为1kg m =的物体在水平拉力F 的作用下沿水平面做匀速直线运动，从某时刻开始，拉力F 随时间均匀减小，物体所受摩擦力随时间变化的规律如图乙所示。

则下列说法中正确的是（ ）A ．1s t =时物体开始做匀减速运动B ．物体匀速运动时的速度大小为2m /sC ．物体与接触面间的动摩擦因数为0.2D ．2s =t 时物体的加速度大小为22m /s【答案】B【详解】A ．物体在开始在F 作用下做匀速直线运动，由图可知，滑动摩擦力的大小为4N ，拉力随时间均匀减小后，物体开始做减速运动，3s t =时，滑动摩擦力突变成静摩擦力，说明3s t =时物体刚好减速到速度为零，之后静摩擦力与拉力F 平衡，由图可知静摩擦力图线与滑动摩擦力图线交于1s t =时，可知在1s t =时，拉力F 开始均匀减小，物体开始做减速运动，合力逐渐增大，加速度逐渐增大，物体做加速度逐渐增大的减速运动，直到3s t =时停下，处于静止状态，A 错误；B ．从1~3s 过程，根据动量定理可得0Ft ft mv -=-解得物体匀速运动时的速度大小为424222m /s 2m /s 1ft Ft v m +⨯-⨯-===，B 正确； C ．由图可知滑动摩擦力大小为4N f mg μ==解得物体与接触面间的动摩擦因数为40.4110f mg μ===⨯，C 错误； D ．2s =t ，由图可知拉力23N F =，根据牛顿第二定律可得，物体的加速度大小22243m /s 1m /s 1f F a m --=== D 错误。

故选B 。