2019高考物理一轮复习8大经典问题精品教育.doc

2019版高三物理一轮复习专题8力学实验含2012年高考真题1．(2012全国理综)图1为验证牛顿第二定律的实验装置示意图.图中打点计时器的电源为50Hz的交流电源，打点的时间间隔用Δt表示.在小车质量未知的情况下，某同学设计了一种方法用来研究“在外力一定的条件下，物体的加速度与其质量间的关系”.图1（1）完成下列实验步骤中的填空：①平衡小车所受的阻力：小吊盘中不放物块，调整木板右端的高度，用手轻拨小车，直到打点计时器打出一系列________的点.②按住小车，在小吊盘中放入适当质量的物块，在小车中放入砝码.③打开打点计时器电源，释放小车，获得带有点列的纸袋，在纸袋上标出小车中砝码的质量m.④按住小车，改变小车中砝码的质量，重复步骤③.⑤在每条纸带上清晰的部分，没5个间隔标注一个计数点.测量相邻计数点的间距s1，s2，….求出与不同m相对应的加速度a.⑥以砝码的质量m为横坐标1a为纵坐标，在坐标纸上做出1ma关系图线.若加速度与小车和砝码的总质量成反比，则1a与m处应成_________关系（填“线性”或“非线性”）.（2）完成下列填空：（ⅰ）本实验中，为了保证在改变小车中砝码的质量时，小车所受的拉力近似不变，小吊盘和盘中物块的质量之和应满足的条件是_______________________.（ⅱ）设纸带上三个相邻计数点的间距为s1、s2、s3.a可用s1、s3和Δt表示为a=__________.图2为用米尺测量某一纸带上的s1、s3的情况，由图可读出s1=__________mm，s3=__________.由此求得加速度的大小a=__________m/s2.（ⅲ）图3为所得实验图线的示意图.设图中直线的斜率为k ，在纵轴上的截距为b ，若牛顿定律成立，则小车受到的拉力为___________，小车的质量为___________. 解析：（1）间距相等的点.（2）线性（2）（i ）远小于小车和砝码的总质量 (ii)213)5(2t s s a ∆-=mm mm mm s 2.245.127.361=-=mm mm mm s 2.478.720.1203=-=2213/16.1)5(2s m t s s a =∆-=(iii)设小车的质量为'm ，则有a m m F )'(+=，变形得F m m F a '11+=,所以m a-1图象的斜率为k F =1，所以作用力k F 1=，m a -1图象的截距为b F m ='，所以kbm ='.2．（2）（2012广东卷）某同学探究弹力与弹簧伸长量的关系.①将弹簧悬挂在铁架台上，将刻度尺固定在弹簧一侧，弹簧轴线和刻度尺都应在______方向（填“水平”或“竖直”）②弹簧自然悬挂，待弹簧______时，长度记为L 0，弹簧下端挂上砝码盘时，长度记为L x ；在砝码盘中每次增加10g 砝码，弹簧长度依次记为L 1至L 6，数据如下表表：表中有一个数值记录不规范，代表符号为_______.由表可知所用刻度尺的最小长度为______.③图16是该同学根据表中数据作的图，纵轴是砝码的质量，横轴是弹簧长度与_________的差值（填“L 0或L 1”）. ④由图可知弹簧的劲度系数为_________N/m ；通过图和表可知砝码盘的质量为_________g （结果保留两位有效数字，重力加速度取9.8m/s 2）.解析：①弹簧的轴线必须沿重力方向,所以应沿竖直方向. ②由于表中测量值已经估读到0.1 mm,所以刻度尺的最小刻度应是1mm.③因为()()0000,L L k g m nmg L L k g m n x -=+-=，整理得()x n L L k nMg -=，所以横轴应为弹簧长度与Lx 的差值.④从上式可以看出图象的斜率表示k的大小，即g gL L k m m N x mgk x 10)(,/9.400=-==∆∆=3.(2012全国新课标).（5分）某同学利用螺旋测微器测量一金属板的厚度.该螺旋测微器校零时的示数如图（a ）所示，测量金属板厚度时的示数如图（b ）所示.图（a ）所示读数为_________mm ，图（b ）所示读数为_________mm ，所测金属板的厚度为_________mm.答案：0.010, 6.870, 6.860解析：螺旋测微器又叫千分尺，精确度为0.01mm ，故读数应以mm 为单位时，小数点后面应有三位，即读到毫米的千分位上.4.（2012上海卷）．（8分）在“利用单摆测重力加速度：的实验中 （1）某同学尝试用DIS 测量周期.如图，用一个磁性小球代替原先的摆球，在单摆下方放置一个磁传感器，其轴线恰好位于单摆悬挂点正下方.图中磁传感器的引出端A 应接到__________.使单摆做小角度摆动，当磁感应强度测量值最大时，磁性小球位于__________.若测得连续N 个磁感应强度最大值之间的时间间隔为t ，则单摆周期的测量值为__________（地磁场和磁传感器的影响可忽略）.（2）多次改变摆长使单摆做小角度摆动，测量摆长L 及相应的周期T .虎后，分别取L 和T 的对数，所得到的lg T -lg L 图线为______（填“直线”、“对数曲线”或“指数曲线”）；读得图线与纵轴交点的纵坐标为c ，由此得到该地的重力加速度g ＝__________.解析：（1）数据采集器，最低点（或平衡位置），2tN －1，（2）直线，42/102c，图中磁传感器的引出端A 应接到数据采集器，磁性小球位于最低点测量误差较小，因为t=(N-1)*T/2，所以周期T=2tN －1. （2）因为g LT π2=，两边取对数的g L T π2lg lg 21lg +=，为直线，依题意有gc π2lg =，解得c g 22104π=.5.（2012安徽卷）.（18分）Ⅰ.（10分）图1为“验证牛顿第二定律”的实验装置示意图.砂和砂桶的总质量为m ，小车和砝码的总质量为M .实验中用砂和砂桶总重力的大小作为细线对小车拉力的大小.(1)试验中，为了使细线对小车的拉力等于小车所受的合外力，先调节长木板一滑轮的高度，使细线与长木板平行.接下来还需要进行的一项操作是A. 将长木板水平放置，让小车连着已经穿过打点计时器的纸带，给打点计时器通电，调节m 的大小，使小车在砂和砂桶的牵引下运动，从打出的纸带判断小车是否做匀速运动.B. 将长木板的一端垫起适当的高度，让小车连着已经穿过打点计时器的纸带，撤去砂和砂桶，给打点计时器通电，轻推小车，从打出的纸带判断小车是否做匀速运动.C. 将长木板的一端垫起适当的高度，撤去纸带以及砂和砂桶，轻推小车，观察判断小车是否做匀速运动.(2)实验中要进行质量m 和M 的选取，以下最合理的一组是A. M =200g , m =10g 、15g 、20g 、25g 、30g 、40gB. M =200g , m =20g 、40g 、60g 、80g 、100g 、120gC. M =400g , m =10g 、15g 、20g 、25g 、30g 、40g小车、砝码、打点计时器D. M =400g , m =20g 40g 、60g 、80g 、100g 、120g（3）图2 是试验中得到的一条纸带，A 、B 、C 、D 、E 、F 、G 为7个相邻的计数点，相邻的两个计数点之间还有四个点未画出.量出相邻的计数点之间的距离分别为AB s =4.22 cm 、BC s =4.65 cm 、CD s =5.08 cm 、DE s =5.49 cm 、EF s =5.91 cm 、FG s =6.34 cm .已知打点计时器的工作效率为50 Hz,则小车的加速度a = m/s 2（结果保留2位有效数字）.答案：（1）B ；(2)C ；（3）0.42解析：要使砂和砂桶的重力mg 近似等于小车所受合外力，首先要平衡摩擦力，然后还要满足m ＜＜M.而平衡摩擦，不需挂砂桶，但要带纸带，故（1）选B ，（2）选C.（3）用逐差法2CD BC AB FG EF DE T9s -s -s -s s s a ++=，求得2/m 42.0a s =. 6.（2012江苏卷）．（10分）为测定木块与桌面之间的动摩擦因数，小亮设计了如图所示的装置进行实验，实验中，当木块A 位于水平桌面上的O 点时，重物B 刚好接触地面，将A 拉到P 点，待B 稳定后静止释放，A 最终滑到Q 点，分别测量OP 、OQ 的长度h 和s ，重复上述实验，分别记录几组实验数据（1）实验开始时，发现A 释放后会撞到滑轮，请提出两个解决方案； （2）请根据下表的实验数据作出s -h 关系图像图2（3）实验测得A 、B 的质量分别为m =0.40kg 、M =0.50kg ，根据s -h 图像可计算出A 木块与桌面间的动摩擦因数μ=__________（结果保留一位有效数字）（4）实验中，滑轮轴的摩擦会导致μ的测量结果_________（选填“偏大”、或“偏小” 解析：（3）在B 下落至临落地时，据动能定理，有2)(21v m M mgh Mgh +=-μ， 在B 落地后，A 运动到Q ，据动能定理，有2210mv mgs -=-μ，解得：m hs m M Mh ++=)(μ.将kg M 5.0=，kg m 4.0=代入得hs h 495+=μ=495+⨯hs ，从h s -图象得斜率04.1=k ，即04.1=hs，代入上式得4.0=μ. 本题易错点：认为A/B 末速度都为0，根据0)(=+-s h mg Mgh μ，解得6.0=μ.（4）滑轮组的摩擦会导致s 偏小，从而μ偏大.7.（2012四川卷）．（17分）(1)某物理兴趣小组采用如图所示的装置深入研究平抛运动.质量分别为m A 和m B 的A 、B 小球处于同一高度，M 为A 球中心初始时在水平地面上的垂直投影.用小锤打击弹性金属片，使A 球沿水平方向飞出，同时松开B 球，B 球自由下落.A 球落到地面N 点处，B 球落到地面P 点处.测得m A =0.04 kg ，m B =0.05kg ，B 球距地面的高度是1.225m ，M 、N 点间的距离为1.500m ，则B 球落到P 点的时间是____s ，A 球落地时的动能是____J.（忽略空气阻力，g 取9.8m/s 2） 解析：由自由落体运动公式221gt h BP =，代入数据可知时间s t 5.0=；根据t v X MN 0=和机械能守恒2021-v m E gh m A k BP A =联立可得：J J E k 66.06642.0≈=. 8．（2）（2012天津卷）某同学用实验的方法探究影响单摆周期的因素.①他组装单摆是，在摆线上端的悬点处，用一块开有狭缝的橡皮夹牢摆线，再用铁架台的铁夹将橡皮夹紧，如图所示，这样做的目的是 （填字母代号） A ．保证摆动过程中摆长不变 B ．可使周期测量得更加准确 C ．需要改变摆长时便于调节 D ．保证摆球在同一竖直平面内摆动解析：用一块开有狭缝的橡皮夹牢摆线增加了线与悬挂处的摩擦保证摆长不变；改变摆长时用力拉不会将摆线拉断，方便调节摆长；AC 正确.②他组装好单摆后在摆球自然悬垂的情况下，用毫米刻度尺从悬点量到摆球的最低端的长度L=0.9990m ，再用游标卡尺测量摆球直径，结果如图所示，则摆球的直径为 mm ，单摆摆长为 m解析：用10分度游标卡尺主尺读数为12mm ，游标尺读数为0，则摆球的直径为12mm+0×0.1mm=12.0mm. 单摆摆长为9930.02012.09990.02=-=-=D L l mm ③下列振动图像真实地描述了对摆长约为1m 的单摆进行周期测量的四种操作过程，图中横坐标远点表示计时开始，A 、B 、C 均为30次全振动的图像，已知sin5°=0.087，sin15°=0.26，这四种操作过程合乎实验要求且误差最小的是 （填字母代号）解析：单摆的振动在摆角小于5度才能看作简谐振动，在测量周期时计时起点应该选择在平衡位置（速度大误差小）.根据摆角估算振幅086.0087.0993.05sin 1=⨯=︒=l A m=8.6cm ，A B 振幅合理. 25.026.0993.015sin 1=⨯=︒=l A m=25cm ，C D 振幅不合理错误. A 中振动图像的计时起点在平衡位置是合理的，B 中振动图像的计时起点在正的最大位置是不合理的.答案A.10.（2012山东卷）．（13分）某同学利用图甲所示的实验装置，探究物块在水平桌面上的运动规律.物块在重物的牵引下开始运动，重物落地后，物块再运动一段距离停在桌面上（尚未到达滑轮处）.从纸带上便于测量的点开始，每5个点取1个计数点，相邻计数点间的距离如图乙所示.打点计时器电源的频率为50Hz.①通过分析纸带数据，可判断物块在相邻计数点 和 之间某时刻开始减速. ②计数点5对应的速度大小为 m/s ，计数点6对应的速度大小为 m/s.（保留三位有效数字）.③物块减速运动过程中加速度的大小为a = m/s 2，若用ga来计算物块与桌面间的动摩擦因数（g 为重力加速度），则计算结果比动摩擦因数的真实值 （填“偏大”或“偏小”）.解析：①由于计数点前后的间隔距离都小于它们的间隔距离，说明计数点6之前物块在加速，计数点7之后物块在减速，则开始减速的时刻在6和7之间.答案6；7【或7；6】.②计数点5对应的速度等于4和6间的平均速度00.12.010)01.1100.9(25=⨯+=-v m/s ，同理 80.02.010)01.700.9(24=⨯+=-v m/s ，又2645v v v +=可解得计数点6对应的速度大小为1.20 m/s.③在减速阶段00.2=∆x cm，则加速度为00.21.01000.2222=⨯=∆=-Txam/s2.在减速阶段产生加速度的力是滑动摩擦力和纸带受到的阻力，所以计算结果比动摩擦因数的真实值“偏大”.。

Hale Waihona Puke 无关．4．磁流体发电机
(1)磁流体发电是一项新兴技术，它可以把内能直接转 化为电能． (2) 根据左手定则，如图 8-3-4 所示的 B 板是发电机 正 极． ________ (3)磁流体发电机两极板间的距离为 l，等离子体速度为 v，磁场磁感应强度为 B，则两极板间能达到的最大电势差 U＝Blv.
第3讲
带电粒子在复合场中的运动
一、复合场与组合场 重力场 共存，或 电场 、________ 磁场 、________ 1．复合场：________ 其中某两种场共存区域． 磁场 各位于一定的区域内， 电场 与________ 2．组合场：________ 并不重叠，或在同一区域内，电场、磁场分时间段或分区
域交替出现．
3．重力考虑与否分三种情况
(1)对于微观粒子，如电子、质子、离子等一般不做特 殊交代就可以不计其重力，因为其重力一般情况下与电场 很小 ，可以________ 忽略 ；而对于一些实 力或磁场力相比________ 际物体，如带电小球、液滴、金属块等不做特殊交代时就 应当考虑其重力． (2)在题目中有明确交代的是否要考虑重力的，这种情 况比较正规，也比较简单．
q，在加速器中被加速，且加速过程中不
考虑相对论效应和重力的影响．则下列说 法正确的是( )
图 8-3-7
A．质子被加速后的最大速度不可能超过 2πRf B．质子离开回旋加速器时的最大动能与加速电压 U 成正比 C．质子第 2 次和第 1 次经过两“D”形盒间狭缝后轨道 半径之比为 2∶1 D．不改变磁感应强度 B 和交流电频率 f，该回旋加速 器的最大动能不变
答案：BC
2．(2016 年新课标Ⅱ卷)现代质谱仪可用来分析比质子 重很多倍的离子，其示意图如图 8-3-9 所示，其中加速电压 恒定．质子在入口处从静止开始被加速电场加速，经匀强 磁场偏转后从出口离开磁场．若某种一价正离子在入口处 从静止开始被同一加速电场加速，为使 它经匀强磁场偏转后仍从同一出口离开

第9专题高中物理常见的物理模型易错题归纳总结(附参考答案)方法概述高考命题以《考试大纲》为依据，考查学生对高中物理知识的掌握情况，体现了“知识与技能、过程与方法并重”的高中物理学习思想．每年各地的高考题为了避免雷同而千变万化、多姿多彩，但又总有一些共性，这些共性可粗略地总结如下：(1)选择题中一般都包含3～4道关于振动与波、原子物理、光学、热学的试题．(2)实验题以考查电路、电学测量为主，两道实验小题中出一道较新颖的设计性实验题的可能性较大．(3)试卷中下列常见的物理模型出现的概率较大：斜面问题、叠加体模型(包含子弹射入)、带电粒子的加速与偏转、天体问题(圆周运动)、轻绳(轻杆)连接体模型、传送带问题、含弹簧的连接体模型．高考中常出现的物理模型中，有些问题在高考中变化较大，或者在前面专题中已有较全面的论述，在这里就不再论述和例举．斜面问题、叠加体模型、含弹簧的连接体模型等在高考中的地位特别重要，本专题就这几类模型进行归纳总结和强化训练；传送带问题在高考中出现的概率也较大，而且解题思路独特，本专题也略加论述．热点、重点、难点一、斜面问题在每年各地的高考卷中几乎都有关于斜面模型的试题．如2009年高考全国理综卷Ⅰ第25题、北京理综卷第18题、天津理综卷第1题、上海物理卷第22题等，2008年高考全国理综卷Ⅰ第14题、全国理综卷Ⅱ第16题、北京理综卷第20题、江苏物理卷第7题和第15题等．在前面的复习中，我们对这一模型的例举和训练也比较多，遇到这类问题时，以下结论可以帮助大家更好、更快地理清解题思路和选择解题方法．1．自由释放的滑块能在斜面上(如图9－1 甲所示)匀速下滑时，m与M之间的动摩擦因数μ＝g tan θ．图9－1甲2．自由释放的滑块在斜面上(如图9－1 甲所示)：(1)静止或匀速下滑时，斜面M对水平地面的静摩擦力为零；(2)加速下滑时，斜面对水平地面的静摩擦力水平向右；(3)减速下滑时，斜面对水平地面的静摩擦力水平向左．3．自由释放的滑块在斜面上(如图9－1乙所示)匀速下滑时，M对水平地面的静摩擦力为零，这一过程中再在m上加上任何方向的作用力，(在m停止前)M对水平地面的静摩擦力依然为零(见一轮书中的方法概述)．图9－1乙4．悬挂有物体的小车在斜面上滑行(如图9－2所示)：图9－2(1)向下的加速度a ＝g sin θ时，悬绳稳定时将垂直于斜面；(2)向下的加速度a ＞g sin θ时，悬绳稳定时将偏离垂直方向向上；(3)向下的加速度a ＜g sin θ时，悬绳将偏离垂直方向向下．5．在倾角为θ的斜面上以速度v 0平抛一小球(如图9－3所示)：图9－3 (1)落到斜面上的时间t ＝2v 0tan θg； (2)落到斜面上时，速度的方向与水平方向的夹角α恒定，且tan α＝2tan θ，与初速度无关； (3)经过t c ＝v 0tan θg 小球距斜面最远，最大距离d ＝(v 0sin θ)22g cos θ． 6．如图9－4所示，当整体有向右的加速度a ＝g tan θ时，m 能在斜面上保持相对静止．图9－47．在如图9－5所示的物理模型中，当回路的总电阻恒定、导轨光滑时，ab 棒所能达到的稳定速度v m ＝mgR sin θB 2L 2．图9－58．如图9－6所示，当各接触面均光滑时，在小球从斜面顶端滑下的过程中，斜面后退的位移s ＝m m ＋M L ．图9－6●例1 有一些问题你可能不会求解，但是你仍有可能对这些问题的解是否合理进行分析和判断．例如从解的物理量单位，解随某些已知量变化的趋势，解在一些特殊条件下的结果等方面进行分析，并与预期结果、实验结论等进行比较，从而判断解的合理性或正确性．举例如下：如图9－7甲所示，质量为M 、倾角为θ的滑块A 放于水平地面上．把质量为m 的滑块B 放在A 的斜面上．忽略一切摩擦，有人求得B 相对地面的加速度a ＝M ＋m M ＋m sin 2 θg sinθ，式中g 为重力加速度．图9－7甲对于上述解，某同学首先分析了等号右侧的量的单位，没发现问题．他进一步利用特殊条件对该解做了如下四项分析和判断，所得结论都是“解可能是对的”．但是，其中有一项是错误．．的，请你指出该项[2008年高考·北京理综卷]( ) A ．当θ＝0°时，该解给出a ＝0，这符合常识，说明该解可能是对的B ．当θ＝90°时，该解给出a ＝g ，这符合实验结论，说明该解可能是对的C ．当M ≫m 时，该解给出a ≈g sin θ，这符合预期的结果，说明该解可能是对的D ．当m ≫M 时，该解给出a ≈g sin θ，这符合预期的结果，说明该解可能是对的 【解析】当A 固定时，很容易得出a ＝g sin θ；当A 置于光滑的水平面时，B 加速下滑的同时A 向左加速运动，B 不会沿斜面方向下滑，难以求出运动的加速度．图9－7乙设滑块A 的底边长为L ，当B 滑下时A 向左移动的距离为x ，由动量守恒定律得：M x t ＝m L －x t解得：x ＝mL M ＋m当m ≫M 时，x ≈L ，即B 水平方向的位移趋于零，B 趋于自由落体运动且加速度a ≈g ．选项D 中，当m ≫M 时，a ≈g sin θ＞g 显然不可能． [答案] D【点评】本例中，若m 、M 、θ、L 有具体数值，可假设B 下滑至底端时速度v 1的水平、竖直分量分别为v 1x 、v 1y ，则有：v 1y v 1x ＝h L －x ＝(M ＋m )h ML12m v 1x 2＋12m v 1y 2＋12M v 22＝mgh m v 1x ＝M v 2解方程组即可得v 1x 、v 1y 、v 1以及v 1的方向和m 下滑过程中相对地面的加速度．●例2 在倾角为θ的光滑斜面上，存在着两个磁感应强度大小相同的匀强磁场，其方向一个垂直于斜面向上，一个垂直于斜面向下(如图9－8甲所示)，它们的宽度均为L ．一个质量为m 、边长也为L 的正方形线框以速度v 进入上部磁场时，恰好做匀速运动．图9－8甲(1)当ab 边刚越过边界ff ′时，线框的加速度为多大，方向如何？(2)当ab 边到达gg ′与ff ′的正中间位置时，线框又恰好做匀速运动，则线框从开始进入上部磁场到ab 边到达gg ′与ff ′的正中间位置的过程中，线框中产生的焦耳热为多少？(线框的ab 边在运动过程中始终与磁场边界平行，不计摩擦阻力)【解析】(1)当线框的ab 边从高处刚进入上部磁场(如图9－8 乙中的位置①所示)时，线框恰好做匀速运动，则有：mg sin θ＝BI 1L此时I 1＝BL v R当线框的ab 边刚好越过边界ff ′(如图9－8乙中的位置②所示)时，由于线框从位置①到位置②始终做匀速运动，此时将ab 边与cd 边切割磁感线所产生的感应电动势同向叠加，回路中电流的大小等于2I 1．故线框的加速度大小为：图9－8乙 a ＝4BI 1L －mg sin θm＝3g sin θ，方向沿斜面向上． (2)而当线框的ab 边到达gg ′与ff ′的正中间位置(如图9－8 乙中的位置③所示)时，线框又恰好做匀速运动，说明mg sin θ＝4BI 2L故I 2＝14I 1 由I 1＝BL v R 可知，此时v ′＝14v 从位置①到位置③，线框的重力势能减少了32mgL sin θ 动能减少了12m v 2－12m (v 4)2＝1532m v 2 由于线框减少的机械能全部经电能转化为焦耳热，因此有：Q ＝32mgL sin θ＋1532m v 2． [答案] (1)3g sin θ，方向沿斜面向上(2)32mgL sin θ＋1532m v 2 【点评】导线在恒力作用下做切割磁感线运动是高中物理中一类常见题型，需要熟练掌握各种情况下求平衡速度的方法．二、叠加体模型叠加体模型在历年的高考中频繁出现，一般需求解它们之间的摩擦力、相对滑动路程、摩擦生热、多次作用后的速度变化等，另外广义的叠加体模型可以有许多变化，涉及的问题更多．如2009年高考天津理综卷第10题、宁夏理综卷第20题、山东理综卷第24题，2008年高考全国理综卷 Ⅰ 的第15题、北京理综卷第24题、江苏物理卷第6题、四川延考区理综卷第25题等．叠加体模型有较多的变化，解题时往往需要进行综合分析(前面相关例题、练习较多)，下列两个典型的情境和结论需要熟记和灵活运用．1．叠放的长方体物块A 、B 在光滑的水平面上匀速运动或在光滑的斜面上自由释放后变速运动的过程中(如图9－9所示)，A 、B 之间无摩擦力作用．图9－92．如图9－10所示，一对滑动摩擦力做的总功一定为负值，其绝对值等于摩擦力乘以相对滑动的总路程或等于摩擦产生的热量，与单个物体的位移无关，即Q 摩＝f ·s 相．图9－10●例3 质量为M 的均匀木块静止在光滑的水平面上，木块左右两侧各有一位拿着完全相同的步枪和子弹的射击手．首先左侧的射击手开枪，子弹水平射入木块的最大深度为d 1，然后右侧的射击手开枪，子弹水平射入木块的最大深度为d 2，如图9－11所示．设子弹均未射穿木块，且两子弹与木块之间的作用力大小均相同．当两颗子弹均相对木块静止时，下列说法正确的是(注：属于选修3－5模块)( )图9－11A ．最终木块静止，d 1＝d 2B ．最终木块向右运动，d 1<d 2C ．最终木块静止，d 1<d 2D ．最终木块静止，d 1>d 2【解析】木块和射出后的左右两子弹组成的系统水平方向不受外力作用，设子弹的质量为m ，由动量守恒定律得：m v 0－m v 0＝(M ＋2m )v解得：v ＝0，即最终木块静止设左侧子弹射入木块后的共同速度为v 1，有：m v 0＝(m ＋M )v 1Q 1＝f ·d 1＝12m v 02－12(m ＋M )v 12 解得：d 1＝mM v 022(m ＋M )f对右侧子弹射入的过程，由功能原理得：Q 2＝f ·d 2＝12m v 02＋12(m ＋M )v 12－0 解得：d 2＝(2m 2＋mM )v 022(m ＋M )f即d 1＜d 2．[答案] C【点评】摩擦生热公式可称之为“功能关系”或“功能原理”的公式，但不能称之为“动能定理”的公式，它是由动能定理的关系式推导得出的二级结论．三、含弹簧的物理模型纵观历年的高考试题，和弹簧有关的物理试题占有相当大的比重．高考命题者常以弹簧为载体设计出各类试题，这类试题涉及静力学问题、动力学问题、动量守恒和能量守恒问题、振动问题、功能问题等，几乎贯穿了整个力学的知识体系．为了帮助同学们掌握这类试题的分析方法，现将有关弹簧问题分类进行剖析．对于弹簧，从受力角度看，弹簧上的弹力是变力；从能量角度看，弹簧是个储能元件．因此，弹簧问题能很好地考查学生的综合分析能力，故备受高考命题老师的青睐．如2009年高考福建理综卷第21题、山东理综卷第22题、重庆理综卷第24题，2008年高考北京理综卷第22题、山东理综卷第16题和第22题、四川延考区理综卷第14题等．题目类型有：静力学中的弹簧问题，动力学中的弹簧问题，与动量和能量有关的弹簧问题．1．静力学中的弹簧问题(1)胡克定律：F ＝kx ，ΔF ＝k ·Δx ．(2)对弹簧秤的两端施加(沿轴线方向)大小不同的拉力，弹簧秤的示数一定等于挂钩上的拉力．●例4 如图9－12甲所示，两木块A 、B 的质量分别为m 1和m 2，两轻质弹簧的劲度系数分别为k 1和k 2，两弹簧分别连接A 、B ，整个系统处于平衡状态．现缓慢向上提木块A ，直到下面的弹簧对地面的压力恰好为零，在此过程中A 和B 的重力势能共增加了( )图9－12甲A ．(m 1＋m 2)2g 2k 1＋k 2B ．(m 1＋m 2)2g 22(k 1＋k 2) C ．(m 1＋m 2)2g 2(k 1＋k 2k 1k 2) D ．(m 1＋m 2)2g 2k 2＋m 1(m 1＋m 2)g 2k 1【解析】取A 、B 以及它们之间的弹簧组成的整体为研究对象，则当下面的弹簧对地面的压力为零时，向上提A 的力F 恰好为：F ＝(m 1＋m 2)g设这一过程中上面和下面的弹簧分别伸长x 1、x 2，如图9－12乙所示，由胡克定律得：图9－12乙x 1＝(m 1＋m 2)g k 1，x 2＝(m 1＋m 2)g k 2故A 、B 增加的重力势能共为：ΔE p ＝m 1g (x 1＋x 2)＋m 2gx 2＝(m 1＋m 2)2g 2k 2＋m 1(m 1＋m 2)g 2k 1． [答案] D【点评】①计算上面弹簧的伸长量时，较多同学会先计算原来的压缩量，然后计算后来的伸长量，再将两者相加，但不如上面解析中直接运用Δx ＝ΔF k进行计算更快捷方便． ②通过比较可知，重力势能的增加并不等于向上提的力所做的功W ＝F ·x 总＝(m 1＋m 2)2g 22k 22＋(m 1＋m 2)2g 22k 1k 2． 2．动力学中的弹簧问题(1)瞬时加速度问题(与轻绳、轻杆不同)：一端固定、另一端接有物体的弹簧，形变不会发生突变，弹力也不会发生突变．(2)如图9－13所示，将A 、B 下压后撤去外力，弹簧在恢复原长时刻B 与A 开始分离．图9－13●例5 一弹簧秤秤盘的质量m 1＝1.5 kg ，盘内放一质量m 2＝10.5 kg 的物体P ，弹簧的质量不计，其劲度系数k ＝800 N/m ，整个系统处于静止状态，如图9－14 所示．图9－14现给P 施加一个竖直向上的力F ，使P 从静止开始向上做匀加速直线运动，已知在最初0.2 s 内F 是变化的，在0.2 s 后是恒定的，求F 的最大值和最小值．(取g ＝10 m/s 2)【解析】初始时刻弹簧的压缩量为：x 0＝(m 1＋m 2)g k＝0.15 m 设秤盘上升高度x 时P 与秤盘分离，分离时刻有：k (x 0－x )－m 1g m 1＝a 又由题意知，对于0～0.2 s 时间内P 的运动有：12at 2＝x 解得：x ＝0.12 m ，a ＝6 m/s 2故在平衡位置处，拉力有最小值F min ＝(m 1＋m 2)a ＝72 N分离时刻拉力达到最大值F max ＝m 2g ＋m 2a ＝168 N ．[答案] 72 N 168 N【点评】对于本例所述的物理过程，要特别注意的是：分离时刻m 1与m 2之间的弹力恰好减为零，下一时刻弹簧的弹力与秤盘的重力使秤盘产生的加速度将小于a ，故秤盘与重物分离．3．与动量、能量相关的弹簧问题与动量、能量相关的弹簧问题在高考试题中出现频繁，而且常以计算题出现，在解析过程中以下两点结论的应用非常重要：(1)弹簧压缩和伸长的形变相同时，弹簧的弹性势能相等；(2)弹簧连接两个物体做变速运动时，弹簧处于原长时两物体的相对速度最大，弹簧的形变最大时两物体的速度相等．●例6 如图9－15所示，用轻弹簧将质量均为m ＝1 kg 的物块A 和B 连接起来，将它们固定在空中，弹簧处于原长状态，A 距地面的高度h 1＝0.90 m ．同时释放两物块，A 与地面碰撞后速度立即变为零，由于B 压缩弹簧后被反弹，使A 刚好能离开地面(但不继续上升)．若将B 物块换为质量为2m 的物块C (图中未画出)，仍将它与A 固定在空中且弹簧处于原长，从A 距地面的高度为h 2处同时释放，C 压缩弹簧被反弹后，A 也刚好能离开地面．已知弹簧的劲度系数k ＝100 N/m ，求h 2的大小．图9－15【解析】设A 物块落地时，B 物块的速度为v 1，则有： 12m v 12＝mgh 1 设A 刚好离地时，弹簧的形变量为x ，对A 物块有：mg ＝kx从A 落地后到A 刚好离开地面的过程中，对于A 、B 及弹簧组成的系统机械能守恒，则有： 12m v 12＝mgx ＋ΔE p 换成C 后，设A 落地时，C 的速度为v 2，则有：12·2m v 22＝2mgh 2 从A 落地后到A 刚好离开地面的过程中，A 、C 及弹簧组成的系统机械能守恒，则有： 12·2m v 22＝2mgx ＋ΔE p 联立解得：h 2＝0.5 m ．[答案] 0.5 m【点评】由于高中物理对弹性势能的表达式不作要求，所以在高考中几次考查弹簧问题时都要用到上述结论“①”．如2005年高考全国理综卷Ⅰ第25题、1997年高考全国卷第25题等．●例7 用轻弹簧相连的质量均为2 kg 的A 、B 两物块都以v ＝6 m/s 的速度在光滑的水平地面上运动，弹簧处于原长，质量为4 kg 的物块C 静止在前方，如图9－16 甲所示．B 与C 碰撞后二者粘在一起运动，则在以后的运动中：图9－16甲(1)当弹簧的弹性势能最大时，物体A 的速度为多大？(2)弹簧弹性势能的最大值是多少？(3)A 的速度方向有可能向左吗？为什么？【解析】(1)当A 、B 、C 三者的速度相等(设为v A ′)时弹簧的弹性势能最大，由于A 、B 、C 三者组成的系统动量守恒，则有：(m A ＋m B )v ＝(m A ＋m B ＋m C )v A ′解得：v A ′＝(2＋2)×62＋2＋4m/s ＝3 m/s ． (2)B 、C 发生碰撞时，B 、C 组成的系统动量守恒，设碰后瞬间B 、C 两者的速度为v ′，则有：m B v ＝(m B ＋m C )v ′解得：v ′＝2×62＋4＝2 m/s A 的速度为v A ′时弹簧的弹性势能最大，设其值为E p ，根据能量守恒定律得：E p ＝12(m B ＋m C )v ′2＋12m A v 2－12(m A ＋m B ＋m C )v A ′2 ＝12 J ．(3)方法一 A 不可能向左运动．根据系统动量守恒有：(m A ＋m B )v ＝m A v A ＋(m B ＋m C )v B设A 向左，则v A ＜0，v B ＞4 m/s则B 、C 发生碰撞后，A 、B 、C 三者的动能之和为：E ′＝12m A v 2A ＋12(m B ＋m C )v 2B ＞12(m B ＋m C )v 2B ＝48 J 实际上系统的机械能为：E ＝E p ＋12(m A ＋m B ＋m C )v A ′2＝12 J ＋36 J ＝48 J 根据能量守恒定律可知，E ′＞E 是不可能的，所以A 不可能向左运动．方法二 B 、C 碰撞后系统的运动可以看做整体向右匀速运动与A 、B 和C 相对振动的合成(即相当于在匀速运动的车厢中两物块相对振动)由(1)知整体匀速运动的速度v 0＝v A ′＝3 m/s图9－16乙取以v 0＝3 m/s 匀速运动的物体为参考系，可知弹簧处于原长时，A 、B 和C 相对振动的速率最大，分别为：v AO ＝v －v 0＝3 m/sv BO ＝|v ′－v 0|＝1 m/s由此可画出A 、B 、C 的速度随时间变化的图象如图9－16乙所示，故A 不可能有向左运动的时刻．[答案] (1)3 m/s (2)12 J (3)不可能，理由略【点评】①要清晰地想象、理解研究对象的运动过程：相当于在以3 m/s 匀速行驶的车厢内，A 、B 和C 做相对弹簧上某点的简谐振动，振动的最大速率分别为3 m/s 、1 m/s ．②当弹簧由压缩恢复至原长时，A 最有可能向左运动，但此时A 的速度为零．●例8 探究某种笔的弹跳问题时，把笔分为轻质弹簧、内芯和外壳三部分，其中内芯和外壳质量分别为m 和4m ．笔的弹跳过程分为三个阶段：图9－17①把笔竖直倒立于水平硬桌面，下压外壳使其下端接触桌面(如图9－17甲所示)； ②由静止释放，外壳竖直上升到下端距桌面高度为h 1时，与静止的内芯碰撞(如图9－17乙所示)；③碰后，内芯与外壳以共同的速度一起上升到外壳下端距桌面最大高度为h 2处(如图9－17丙所示)．设内芯与外壳的撞击力远大于笔所受重力，不计摩擦与空气阻力，重力加速度为g ．求：(1)外壳与内芯碰撞后瞬间的共同速度大小．(2)从外壳离开桌面到碰撞前瞬间，弹簧做的功．(3)从外壳下端离开桌面到上升至h 2处，笔损失的机械能．[2009年高考·重庆理综卷]【解析】设外壳上升到h 1时速度的大小为v 1，外壳与内芯碰撞后瞬间的共同速度大小为v 2．(1)对外壳和内芯，从撞后达到共同速度到上升至h 2处，由动能定理得：(4m ＋m )g (h 2－h 1)＝12(4m ＋m )v 22－0 解得：v 2＝2g (h 2－h 1)．(2)外壳与内芯在碰撞过程中动量守恒，即：4m v 1＝(4m ＋m )v 2将v 2代入得：v 1＝542g (h 2－h 1) 设弹簧做的功为W ，对外壳应用动能定理有：W －4mgh 1＝12×4m v 21 将v 1代入得：W ＝14mg (25h 2－9h 1)． (3)由于外壳和内芯达到共同速度后上升至高度h 2的过程中机械能守恒，只有在外壳和内芯的碰撞中有能量损失，损失的能量E 损＝12×4m v 21－12(4m ＋m )v 22 将v 1、v 2代入得：E 损＝54mg (h 2－h 1)． [答案] (1)2g (h 2－h 1) (2)14mg (25h 2－9h 1) (3)54mg (h 2－h 1) 由以上例题可以看出，弹簧类试题的确是培养和训练学生的物理思维、反映和开发学生的学习潜能的优秀试题．弹簧与相连物体构成的系统所表现出来的运动状态的变化，为学生充分运用物理概念和规律(牛顿第二定律、动能定理、机械能守恒定律、动量定理、动量守恒定律)巧妙解决物理问题、施展自身才华提供了广阔空间，当然也是区分学生能力强弱、拉大差距、选拔人才的一种常规题型．因此，弹簧试题也就成为高考物理题中的一类重要的、独具特色的考题．四、传送带问题从1990年以后出版的各种版本的高中物理教科书中均有皮带传输机的插图．皮带传送类问题在现代生产生活中的应用非常广泛．这类问题中物体所受的摩擦力的大小和方向、运动性质都具有变化性，涉及力、相对运动、能量转化等各方面的知识，能较好地考查学生分析物理过程及应用物理规律解答物理问题的能力．如2003年高考全国理综卷第34题、2005年高考全国理综卷Ⅰ第24题等．对于滑块静止放在匀速传动的传送带上的模型，以下结论要清楚地理解并熟记：(1)滑块加速过程的位移等于滑块与传送带相对滑动的距离；(2)对于水平传送带，滑块加速过程中传送带对其做的功等于这一过程由摩擦产生的热量，即传送装置在这一过程需额外(相对空载)做的功W ＝m v 2＝2E k ＝2Q 摩．●例9 如图9－18甲所示，物块从光滑曲面上的P 点自由滑下，通过粗糙的静止水平传送带后落到地面上的Q 点．若传送带的皮带轮沿逆时针方向匀速运动(使传送带随之运动)，物块仍从P 点自由滑下，则( )图9－18甲 A ．物块有可能不落到地面上B ．物块仍将落在Q 点C ．物块将会落在Q 点的左边D ．物块将会落在Q 点的右边【解析】如图9－18乙所示，设物块滑上水平传送带上的初速度为v 0，物块与皮带之间的动摩擦因数为μ，则：图9－18乙物块在皮带上做匀减速运动的加速度大小a ＝μmgm＝μg物块滑至传送带右端的速度为： v ＝v 02－2μgs物块滑至传送带右端这一过程的时间可由方程s ＝v 0t －12μgt 2解得．当皮带向左匀速传送时，滑块在皮带上的摩擦力也为： f ＝μmg物块在皮带上做匀减速运动的加速度大小为：a 1′＝μmg m＝μg则物块滑至传送带右端的速度v ′＝v 02－2μgs ＝v物块滑至传送带右端这一过程的时间同样可由方程s ＝v 0t －12μgt 2 解得．由以上分析可知物块仍将落在Q 点，选项B 正确． [答案] B【点评】对于本例应深刻理解好以下两点：①滑动摩擦力f ＝μF N ，与相对滑动的速度或接触面积均无关；②两次滑行的初速度(都以地面为参考系)相等，加速度相等，故运动过程完全相同． 我们延伸开来思考，物块在皮带上的运动可理解为初速度为v 0的物块受到反方向的大小为μmg 的力F 的作用，与该力的施力物体做什么运动没有关系．●例10 如图9－19所示，足够长的水平传送带始终以v ＝3 m/s 的速度向左运动，传送带上有一质量M ＝2 kg 的小木盒A ，A 与传送带之间的动摩擦因数μ＝0.3．开始时，A 与传送带之间保持相对静止．现有两个光滑的质量均为m ＝1 kg 的小球先后相隔Δt ＝3 s 自传送带的左端出发，以v 0＝15 m/s 的速度在传送带上向右运动．第1个球与木盒相遇后立即进入盒中并与盒保持相对静止；第2个球出发后历时Δt 1＝13s 才与木盒相遇．取g ＝10 m/s 2，问：图9－19(1)第1个球与木盒相遇后瞬间，两者共同运动的速度为多大？ (2)第1个球出发后经过多长时间与木盒相遇？(3)在木盒与第1个球相遇至与第2个球相遇的过程中，由于木盒与传送带间的摩擦而产生的热量是多少？【解析】(1)设第1个球与木盒相遇后瞬间，两者共同运动的速度为v 1，根据动量守恒定律得：m v 0－M v ＝(m ＋M )v 1解得：v 1＝3 m/s ，方向向右．(2)设第1个球与木盒的相遇点离传送带左端的距离为s ，第1个球经过时间t 0与木盒相遇，则有：t 0＝s v 0设第1个球进入木盒后两者共同运动的加速度大小为a ，根据牛顿第二定律得： μ(m ＋M )g ＝(m ＋M )a解得：a ＝μg ＝3 m/s 2，方向向左设木盒减速运动的时间为t 1，加速到与传送带具有相同的速度的时间为t 2，则：t 1＝t 2＝Δva＝1 s故木盒在2 s 内的位移为零依题意可知：s ＝v 0Δt 1＋v (Δt ＋Δt 1－t 1－t 2－t 0) 解得：s ＝7.5 m ，t 0＝0.5 s ．(3)在木盒与第1个球相遇至与第2个球相遇的这一过程中，设传送带的位移为s ′，木盒的位移为s 1，则：s ′＝v (Δt ＋Δt 1－t 0)＝8.5 ms 1＝v (Δt ＋Δt 1－t 1－t 2－t 0)＝2.5 m故木盒相对于传送带的位移为：Δs ＝s ′－s 1＝6 m 则木盒与传送带间因摩擦而产生的热量为： Q ＝f Δs ＝54 J ．[答案] (1)3 m/s (2)0.5 s (3)54 J【点评】本题解析的关键在于：①对物理过程理解清楚；②求相对路程的方法．能力演练一、选择题(10×4分)1．图示是原子核的核子平均质量与原子序数Z 的关系图象，下列说法正确的是( )A ．若D 和E 结合成F ，结合过程中一定会吸收核能B ．若D 和E 结合成F ，结合过程中一定会释放核能C ．若A 分裂成B 和C ，分裂过程中一定会吸收核能D ．若A 分裂成B 和C ，分裂过程中一定会释放核能【解析】D 、E 结合成F 粒子时总质量减小，核反应释放核能；A 分裂成B 、C 粒子时，总质量减小，核反应释放核能．[答案] BD2．单冷型空调器一般用来降低室内温度，其制冷系统与电冰箱的制冷系统结构基本相同．某单冷型空调器的制冷机从低温物体吸收热量Q 2，向高温物体放出热量Q 1，而外界(压缩机)必须对工作物质做功W ，制冷系数ε＝Q 2W．设某一空调的制冷系数为4，若制冷机每天从房间内部吸收2.0×107J 的热量，则下列说法正确的是( )A ．Q 1一定等于Q 2B ．空调的制冷系数越大越耗能C ．制冷机每天放出的热量Q 1＝2.5×107 JD ．制冷机每天放出的热量Q 1＝5.0×106 J【解析】Q 1＝Q 2＋W ＞Q 2，选项A 错误；ε越大，从室内向外传递相同热量时压缩机所需做的功(耗电)越小，越节省能量，选项B 错误；又Q 1＝Q 2＋Q 2ε＝2.5×107 J ，故选项C 正确．[答案] C3．图示为一列简谐横波的波形图象，其中实线是t 1＝0时刻的波形，虚线是t 2＝1.5 s 时的波形，且(t 2－t 1)小于一个周期．由此可判断( )A ．波长一定是60 cmB ．波一定向x 轴正方向传播C ．波的周期一定是6 sD ．波速可能是0.1 m/s ，也可能是0.3 m/s 【解析】由题图知λ＝60 cm若波向x 轴正方向传播，则可知：波传播的时间t 1＝T 4，传播的位移s 1＝15 cm ＝λ4故知T ＝6 s ，v ＝0.1 m/s若波向x 轴负方向传播，可知：波传播的时间t 2＝34T ，传播的位移s 2＝45 cm ＝3λ4故知T ＝2 s ，v ＝0.3 m/s ． [答案] AD4．如图所示，在水平桌面上叠放着质量均为M 的A 、B 两块木板，在木板A 的上面放着一个质量为m 的物块C ，木板和物块均处于静止状态．A 、B 、C 之间以及B 与地面之间的动摩擦因数都为μ．若用水平恒力F 向右拉动木板A ，使之从C 、B 之间抽出来，已知重力加速度为g ，则拉力F 的大小应该满足的条件是(已知最大静摩擦力的大小等于滑动摩擦力)( )A ．F ＞μ(2m ＋M )gB ．F ＞μ(m ＋2M )gC ．F ＞2μ(m ＋M )gD ．F ＞2μmg【解析】无论F 多大，摩擦力都不能使B 向右滑动，而滑动摩擦力能使C 产生的最大加速度为μg ，故F －μmg －μ(m ＋M )gM＞μg 时，即F ＞2μ(m ＋M )g 时A 可从B 、C 之间抽出．[答案] C5．如图所示，一束单色光a 射向半球形玻璃砖的球心，在玻璃与空气的界面MN 上同时发生反射和折射，b 为反射光，c 为折射光，它们与法线间的夹角分别为β和θ．逐渐增大入射角α，下列说法中正确的是( )A ．β和θ两角同时增大，θ始终大于βB ．b 光束的能量逐渐减弱，c 光束的能量逐渐加强C ．b 光在玻璃中的波长小于b 光在空气中的波长D ．b 光光子的能量大于c 光光子的能量【解析】三个角度之间的关系有：θ＝α，sin βsin α＝n ＞1，故随着α的增大，β、θ都增大，但是θ＜β，选项A 错误，且在全反射前，c 光束的能量逐渐减弱，b 光束的能量逐渐加强，选项B 错误；又由n ＝sin βsin α＝c v ＝λλ′，b 光在玻璃中的波长小于在空气中的波长，但光子的能量不变，选项C 正确、D 错误．[答案] C6．如图所示，水平传送带以v ＝2 m/s 的速度匀速前进，上方漏斗中以每秒50 kg 的速度把煤粉竖直抖落到传送带上，然后一起随传送带运动．如果要使传送带保持原来的速度匀速。

[高考命题解读]第1讲 电路的基本概念和规律一、电流 部分电路欧姆定律 1.电流(1)形成的条件：导体中有自由电荷；导体两端存在电压.(2)标矢性：电流是标量，正电荷定向移动的方向规定为电流的方向. (3)两个表达式：①定义式：I ＝q t ；②决定式：I ＝UR .2.部分电路欧姆定律(1)内容：导体中的电流跟导体两端的电压成正比，跟导体的电阻成反比. (2)表达式：I ＝UR.(3)适用范围：金属导电和电解液导电，不适用于气体导电或半导体元件. (4)导体的伏安特性曲线(I －U )图线①比较电阻的大小：图线的斜率k ＝tan θ＝I U ＝1R ，图1中R 1>R 2(选填“>”“<”或“＝”)；②线性元件：伏安特性曲线是直线的电学元件，适用于欧姆定律； ③非线性元件：伏安特性曲线是曲线的电学元件，不适用于欧姆定律.图1自测1 教材P43第3题改编 安培提出了著名的分子电流假说，根据这一假说，电子绕核运动可等效为一环形电流.设电荷量为e 的电子以速率v 绕原子核沿顺时针方向做半径为r 的匀速圆周运动，关于该环形电流的说法，正确的是( ) A.电流大小为v e2πr ，电流方向为顺时针B.电流大小为v er ，电流方向为顺时针C.电流大小为v e2πr ，电流方向为逆时针D.电流大小为v er ，电流方向为逆时针答案 C解析 电子做圆周运动的周期T ＝2πrv ，由I ＝eT 得I ＝v e 2πr，电流的方向与电子运动方向相反，故选C.自测2 (多选)如图2所示是电阻R 的I －U 图象，图中α＝45°，由此得出( )图2A.通过电阻的电流与两端电压成正比B.电阻R ＝0.5 ΩC.因I －U 图象的斜率表示电阻的倒数，故R ＝1tan α＝1.0 ΩD.在R 两端加上6.0 V 的电压时，每秒通过电阻横截面的电荷量是3.0 C 答案 AD二、电阻及电阻定律 1.电阻(1)定义：导体对电流的阻碍作用，叫做导体的电阻.(2)公式：R ＝UI ，其中U 为导体两端的电压，I 为通过导体的电流.(3)单位：国际单位是欧姆(Ω).(4)决定因素：导体的电阻反映了导体阻碍电流的性质，其大小由导体本身决定，与加在导体两端的电压和通过导体的电流无关. 2.电阻定律(1)内容：同种材料的导体，其电阻R 与它的长度l 成正比，与它的横截面积S 成反比，导体电阻还与构成它的材料有关. (2)公式：R ＝ρlS.其中l 是导体的长度，S 是导体的横截面积，ρ是导体的电阻率，其国际单位是欧·米，符号为Ω·m.(3)适用条件：粗细均匀的金属导体或浓度均匀的电解液. 3.电阻率(1)计算式：ρ＝R S l.(2)物理意义：反映导体的导电性能，是导体材料本身的属性. (3)电阻率与温度的关系金属：电阻率随温度升高而增大； 半导体：电阻率随温度升高而减小.自测3 两根完全相同的金属裸导线，如果把其中的一根均匀拉长到原来的2倍，把另一根对折后绞合起来，然后给它们分别加上相同电压后，则在相同时间内通过它们的电荷量之比为( ) A.1∶4 B.1∶8 C.1∶16 D.16∶1答案 C三、电功、电功率、电热及热功率 1.电功(1)定义：导体中的恒定电场对自由电荷的电场力做的功. (2)公式：W ＝qU ＝IUt (适用于任何电路).(3)电流做功的实质：电能转化成其他形式能的过程. 2.电功率(1)定义：单位时间内电流所做的功，表示电流做功的快慢. (2)公式：P ＝Wt ＝IU (适用于任何电路).3.焦耳定律(1)电热：电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻及通电时间成正比. (2)公式：Q ＝I 2Rt .(适用于任何电路) 4.电功率P ＝IU 和热功率P ＝I 2R 的应用(1)不论是纯电阻电路还是非纯电阻电路，电流的电功率均为P 电＝UI ，热功率均为P 热＝I 2R . (2)对于纯电阻电路而言：P 电＝P 热＝IU ＝I 2R ＝U 2R.(3)对于非纯电阻电路而言：P 电＝IU ＝P 热＋P 其他＝I 2R ＋P 其他≠U 2R＋P 其他.自测4 (多选)如图3所示，电阻R 1＝20 Ω，电动机的绕线电阻R 2＝10 Ω.当开关断开时，电流表的示数是0.5 A ，当开关合上后，电动机转动起来，电路两端的电压不变，电流表的示数I 和电路消耗的电功率P 应是( )图3A.I ＝1.5 AB.I <1.5 AC.P ＝15 WD.P <15 W 答案 BD命题点一 利用“柱体微元模型”求电流利用“柱体微元”模型求解电流的微观问题时，注意以下基本思路：设柱体微元的长度为L ，横截面积为S ，单位体积内的自由电荷数为n ，每个自由电荷的电荷量为q ，电荷定向移动的速率为v ，则： (1)柱体微元中的总电荷量为Q ＝nLSq . (2)电荷通过横截面的时间t ＝Lv . (3)电流的微观表达式I ＝Qt＝nq v S .例1 如图4所示，一根长为L 、横截面积为S 的金属棒，其材料的电阻率为ρ，棒内单位体积自由电子数为n ，电子的质量为m 、电荷量为e .在棒两端加上恒定的电压时，棒内产生电流，自由电子定向运动的平均速率为v ，则金属棒内的电场强度大小为( )图4A.m v 22eLB.m v 2Sn eC.ρne vD.ρe v SL答案 C解析 由电流定义可知：I ＝q t ＝n v tSe t ＝neS v .由欧姆定律可得：U ＝IR ＝neS v ·ρLS ＝ρneL v ，又E＝UL，故E ＝ρne v ，选项C 正确. 变式1 在显像管的电子枪中，从炽热的金属丝不断放出的电子进入电压为U 的加速电场，设其初速度为零，经加速后形成横截面积为S 、电流为I 的电子束.已知电子的电荷量为e 、质量为m ，则在刚射出加速电场时，一小段长为Δl 的电子束内的电子个数是( ) A.I Δl eS m 2eU B.I Δl e m 2eU C.I eSm 2eUD.IS Δl em 2eU答案 B解析 在加速电场中有eU ＝12m v 2，得v ＝2eUm.在刚射出加速电场时，一小段长为Δl 的电子束内电荷量为q ＝I Δt ＝I Δl v ，则电子个数n ＝q e ＝I Δlem2eU，B 正确. 命题点二 欧姆定律及电阻定律1.电阻的决定式和定义式的比较2.对伏安特性曲线的理解(如图5甲、乙所示)图5(1)图线a 、e 、d 、f 表示线性元件，b 、c 表示非线性元件.(2)在图甲中，斜率表示电阻的大小，斜率越大，电阻越大，R a ＞R e . 在图乙中，斜率表示电阻倒数的大小.斜率越大，电阻越小，R d ＜R f .(3)图线b 的斜率变小，电阻变小，图线c 的斜率变大，电阻变小.注意：曲线上某点切线的斜率不是电阻或电阻的倒数.根据R ＝UI ，电阻为某点和原点连线的斜率或斜率的倒数.例2 如图6所示，厚薄均匀的矩形金属薄片边长为ab ＝10 cm ，bc ＝5 cm ，当将C 与D 接入电压恒为U 的电路时，电流强度为2 A ，若将A 与B 接入电压恒为U 的电路中，则电流为( )图6A.0.5 AB.1 AC.2 AD.4 A 答案 A解析 设金属薄片厚度为d ′，根据电阻定律公式R ＝ρl S ，有R CD ＝ρl bc l ab ·d ′，R AB ＝ρl abl bc ·d ′，故R CD R AB ＝12×12＝14；根据欧姆定律，电压相同时，电流与电阻成反比.故两次电流之比为4∶1，故第二次电流为0.5 A ，故选A.例3 (多选)我国已经于2012年10月1日起禁止销售100 W 及以上的白炽灯，以后将逐步淘汰白炽灯.假设某同学研究白炽灯得到某白炽灯的伏安特性曲线如图7所示.图象上A 点与原点的连线与横轴成α角，A 点的切线与横轴成β角，则( )图7A.白炽灯的电阻随电压的增大而减小B.在A 点，白炽灯的电阻可表示为tan βC.在A 点，白炽灯的电功率可表示为U 0I 0D.在A 点，白炽灯的电阻可表示为U 0I 0答案 CD解析 白炽灯的电阻随电压的增大而增大，选项A 错误；在A 点，白炽灯的电阻大小可表示为U 0I 0，选项B 错误，选项D 正确；在A 点，白炽灯的电功率可表示为U 0I 0，选项C 正确. 变式2 用电器到发电站的距离为l ，线路上的电流为I ，已知输电线的电阻率为ρ.为使线路上的电压降不超过U ，那么，输电线横截面积的最小值为( ) A.ρl R B.2ρlI U C.U ρlI D.2Ul Iρ 答案 B解析 输电线的总长为2l ，R ＝U I ＝ρ·2l S ，则S ＝2ρlI U ，故B 正确.命题点三 电功、电功率、电热及热功率1.电功和电热、电功率和热功率的区别与联系2.非纯电阻电路的分析方法 (1)抓住两个关键量：确定电动机的电压U M 和电流I M 是解决所有问题的关键.若能求出U M 、I M ，就能确定电动机的电功率P ＝U M I M ，根据电流I M 和电动机的电阻r 可求出热功率P r ＝I M 2r ，最后求出输出功率P 出＝P－P r .(2)坚持“躲着”求解U M 、I M ：首先，对其他纯电阻电路、电源的内电路等，利用欧姆定律进行分析计算，确定相应的电压或电流.然后，利用闭合电路的电压关系、电流关系间接确定非纯电阻电路的工作电压U M 和电流I M .(3)应用能量守恒定律分析：要善于从能量转化的角度出发，紧紧围绕能量守恒定律，利用“电功＝电热＋其他能量”寻找等量关系求解.例4 (多选)如图8所示，电源电动势E ＝3 V ，小灯泡L 的规格为“2 V 0.4 W ”，开关S 接1，当滑动变阻器调到R ＝4 Ω时，小灯泡L 正常发光，现将开关S 接2，小灯泡L 和电动机M 均正常工作.则( )图8A.电源内阻为1 ΩB.电动机的内阻为4 ΩC.电动机正常工作电压为1 VD.电源效率约为93.3% 答案 AD解析 小灯泡正常工作时的电阻R L ＝U 2P ＝10 Ω，流过小灯泡的电流I ＝PU ＝0.2 A ，当开关S接1时，R 总＝EI ＝15 Ω，电源内阻r ＝R 总－R －R L ＝1 Ω，A 正确；当开关S 接2时，电动机M 两端的电压U M ＝E －Ir －U ＝0.8 V ；电源的效率η＝E －Ir E ＝2.8 V3 V×100%≈93.3%，D 正确.变式3 如图9所示，电源电动势为12 V ，电源内阻为1.0 Ω，电路中的电阻R 0为1.5 Ω，小型直流电动机M 的内阻为0.5 Ω，闭合开关S 后，电动机转动，电流表的示数为2.0 A.则以下判断中正确的是( )图9A.电动机的输出功率为14 WB.电动机两端的电压为7.0 VC.电动机产生的热功率为4.0 WD.电源输出的功率为24 W 答案 B解析 由题意得电动机两端的电压U ＝E －I (R 0＋r )＝7 V ，则电动机的输入功率P ＝UI ＝14 W ，热功率P 热＝I 2R M ＝2 W ，输出功率P 出＝P －P 热＝12 W.电源的输出功率P ′＝EI －I 2r ＝20 W ，故B 正确，A 、C 、D 错误.变式4 如图10所示是某款理发用的电吹风的电路图，它主要由电动机M 和电热丝R 构成.当闭合开关S 1、S 2后，电动机驱动风叶旋转，将空气从进风口吸入，经电热丝加热，形成热风后从出风口吹出.已知电吹风的额定电压为220 V ，吹冷风时的功率为120 W ，吹热风时的功率为1 000 W.关于该电吹风，下列说法正确的是( )图10A.电热丝的电阻为55 ΩB.电动机的电阻为1 2103ΩC.当电吹风吹冷风时，电热丝每秒钟消耗的电能为120 JD.当电吹风吹热风时，电动机每秒钟消耗的电能为880 J 答案 A解析 电吹风吹热风时电热丝消耗的功率为P ＝1 000 W －120 W ＝880 W ，对电热丝，由P ＝U 2R 可得电热丝的电阻为R ＝U 2P ＝2202880 Ω＝55 Ω，选项A 正确；由于不知道电动机线圈的发热功率，所以电动机线圈的电阻无法计算，选项B 错误；当电吹风吹冷风时，电热丝没有工作，选项C 错误；当电吹风吹热风时，电动机每秒钟消耗的电能为120 J ，选项D 错误.1.关于电流，下列说法中正确的是( ) A.通过导体横截面的电荷量越多，电流越大 B.电子运动的速率越大，电流越大C.单位时间内通过导体横截面的电荷量越多，导体中的电流越大D.因为电流有方向，所以电流是矢量 答案 C解析 电流的大小等于单位时间内通过导体横截面的电荷量，故A 错，C 对；电流的微观表达式I ＝neS v ，电流的大小由单位体积的电荷数、每个电荷所带电荷量、导体的横截面积和电荷定向移动的速率共同决定，故B 错；矢量运算遵循平行四边形定则，标量的运算遵循代数法则，电流的运算遵循代数法则，故电流是标量，故D 错. 2.(2017·河北正定中学月考)下列说法正确的是( )A.电源的电动势在数值上等于电源在搬运单位电荷时非静电力所做的功B.电阻率是反映材料导电性能的物理量，仅与材料种类有关，与温度、压力和磁场等外界因素无关C.电流通过导体的热功率与电流大小成正比D.电容是表征电容器容纳电荷本领的物理量，由C ＝QU 可知电容的大小是由Q (带电荷量)或U (电压)决定的 答案 A解析 电源的电动势在数值上等于电源在搬运单位电荷时非静电力所做的功，A 正确；电阻率是反映材料导电性能的物理量，不仅与材料种类有关，还与温度、压力和磁场等外界因素有关，B 错误；电流通过导体的热功率与电流大小的平方成正比，C 错误；电容是表征电容器容纳电荷本领的物理量，由决定式C ＝εr S4πkd 可知电容的大小是由εr (介电常数)、S (正对面积)、k (静电力常量)及d (极板间距)等因素决定的，C ＝QU只是电容的定义式，D 错误.3.有一个直流电动机，把它接入0.2 V 电压的电路中电机不转，测得流过电动机的电流是0.4 A ；若把电动机接入2.0 V 电压的电路中，正常工作时的电流是1.0 A ，此时，电动机的输出功率是P 出；如果在电动机正常工作时，转子突然被卡住，电动机的发热功率是P 热，则( ) A.P 出＝2 W ，P 热＝0.5 W B.P 出＝1.5 W ，P 热＝8 WC.P 出＝2 W ，P 热＝8 WD.P 出＝1.5 W ，P 热＝0.5 W 答案 B解析 电机不转，r ＝U 1I 1＝0.5 Ω.正常工作时，P 电＝U 2I 2＝2×1 W ＝2 W ，P 热′＝I 22r ＝0.5 W ，故P 出＝P 电－P 热′＝1.5 W.转子突然被卡住，相当于纯电阻，此时I 3＝20.5 A ＝4 A ，P 热＝I 32r＝8 W ，故选B.4.(多选)两电阻R 1和R 2的伏安特性曲线如图1所示.从图线可判断( )图1A.两电阻阻值的关系是R 1＞R 2B.电阻一定时，电流随着电压的增大而减小C.电压相同时，通过R 1的电流较大D.两电阻串联接入电路时，R 1消耗的功率小 答案 CD解析 图象的斜率k ＝I U ＝1R ，即图象的斜率越大，电阻越小，故有R 1＜R 2，A 错误；根据图象可得电阻一定时，电流随电压的增大而增大，B 错误；从图象中可得电压相同时，通过电阻R 1的电流较大，C 正确；两电阻串联接入电路时，通过两电阻的电流相同，根据公式P ＝I 2R 可得电阻越大，消耗的电功率越大，故D 正确.5.如图2所示均匀的长薄片合金电阻板abcd ，ab 边长为L 1，ad 边长为L 2，当端点1、2或3、4接入电路中时，R 12∶R 34为( )图2A.L 1∶L 2B.L 2∶L 1C.1∶1D.L 12∶L 22 答案 D解析 设长薄片合金电阻板厚度为h ，根据电阻定律R ＝ρl S ，R 12＝ρL 1hL 2，R 34＝ρL 2hL 1，R 12R 34＝L 12L 22，故选D.6.(2017·河北邢台一中月考)两根用同种材料制成的电阻丝甲和乙，甲电阻丝的长度和直径分别为l 和d ；乙电阻丝的长度和直径分别为2l 和2d .将甲、乙两根电阻丝分别接入电路时，如果两电阻丝消耗的电功率相等，则加在两根电阻丝上的电压的比值应满足( ) A.U 甲U 乙＝1 B.U 甲U 乙＝22 C.U 甲U 乙＝ 2 D.U 甲U 乙＝2 答案 C解析 U 甲2U 乙2＝P 甲R 甲P 乙R 乙＝R 甲R 乙＝ρl π(d 2)2∶ρ2l π(2d 2)2＝2，所以加在两根电阻丝上的电压的比值应满足U 甲U 乙＝ 2.综上本题选C.7.一只电饭煲和一台洗衣机并联接在输出电压为220 V 的交流电源上(其内电阻可忽略不计)，均正常工作.用电流表分别测得通过电饭煲的电流是5.0 A ，通过洗衣机电动机的电流是0.50 A ，则下列说法中正确的是( )A.电饭煲的电阻为44 Ω，洗衣机电动机线圈的电阻为440 ΩB.电饭煲消耗的电功率为1 555 W ，洗衣机电动机消耗的电功率为155.5 WC.1 min 内电饭煲消耗的电能为6.6×104 J ，洗衣机电动机消耗的电能为6.6×103 JD.电饭煲发热功率是洗衣机电动机发热功率的10倍 答案 C解析 由于电饭煲是纯电阻元件， 所以R 1＝UI 1＝44 Ω，P 1＝UI 1＝1 100 W ，其在1 min 内消耗的电能W 1＝UI 1t ＝6.6×104 J ， 洗衣机电动机为非纯电阻元件， 所以R 2≠UI 2，P 2＝UI 2＝110 W ，其在1 min 内消耗的电能W 2＝UI 2t ＝6.6×103 J ， 其热功率P 热≠P 2，所以电饭煲发热功率不是洗衣机电动机发热功率的10倍.8.在研究微型电动机的性能时，可采用如图3所示的实验电路.当调节滑动变阻器R ，使电动机停止转动时，电流表和电压表的示数分别为1.0 A 和1.0 V ；重新调节R ，使电动机恢复正常运转时，电流表和电压表的示数分别为2.0 A 和15.0 V .则当这台电动机正常运转时( )图3A.电动机的内阻为7.5 ΩB.电动机的内阻为2.0 ΩC.电动机的输出功率为30.0 WD.电动机的输出功率为26.0 W 答案 D解析 因为电动机停止转动时，电流表和电压表的示数分别为1.0 A 和1.0 V ，电动机在没有将电能转化为机械能时属于纯电阻元件，故说明电动机的内阻r ＝U 1I 1＝1.0 V1.0 A ＝1.0 Ω，选项A 、B 错误；当电动机正常运转时，电流表和电压表的示数分别为2.0 A 和15.0 V ，则电动机的总功率为P总＝U 2I 2＝2.0 A ×15.0 V ＝30.0 W ，此时电动机的发热功率为P热＝I 22r ＝(2.0A)2×1.0 Ω＝4.0 W ，故电动机的输出功率为P 出＝P 总－P 热＝30.0 W －4.0 W ＝26.0 W ，选项C 错误，D 正确.9.(2017·重庆一中期末)如图4所示的电解池接入电路后，在t 秒内有n 1个一价正离子通过溶液内某截面S ，有n 2个一价负离子通过溶液内某截面S ，设e 为元电荷，以下说法正确的是( )图4A.当n 1＝n 2时，电流为零B.当n 1>n 2时，溶液中电流方向从A →B ，电流为I ＝(n 1－n 2)e tC.当n 1<n 2时，溶液中电流方向从B →A ，电流为I ＝(n 2－n 1)etD.溶液中电流方向A →B ，电流为I ＝(n 2＋n 1)et答案 D解析 根据正电荷定向移动的方向为电流的方向，负电荷定向移动的方向与电流的方向相反，可判断出溶液中电流方向为A →B ，选项A 、C 错误；由题意t 秒内流过横截面S 的电荷量q＝(n 2＋n 1)e ，代 入I ＝qt ，得电流为I ＝(n 2＋n 1)e t，选项B 错误，D 正确.10.(2018·湖南长沙调研)改革开放以来，人们的生活水平和生活质量有了较大的改善，电冰箱、空调机、电视机等家用电器得到了普遍使用.根据图5中铭牌上提供的信息，判断在12小时内正常使用的电冰箱与连续运转的电风扇消耗电能的情况是( )BC —65B 电冰箱 额定电压220 V 工作频率50 Hz 额定功率70 W耗电量：0.5 kW·h/24 h PS —69电风扇规格400 mm 额定电压220 V 工作频率50 Hz额定功率65 W图5A.电冰箱比电风扇多B.电风扇比电冰箱多C.电风扇与电冰箱一样多D.电冰箱比电风扇可能多，也可能少 答案 B解析依据电冰箱铭牌可知，电冰箱在12 h 内消耗电能0.25 kW·h ，而电风扇在12 h 内消耗电能W ＝Pt ＝0.78 kW·h ，B 项正确.11.某一导体的伏安特性曲线如图6中AB 段(曲线)所示，关于导体的电阻，以下说法正确的是( )图6A.B 点的电阻为12 ΩB.B 点的电阻为40 ΩC.导体的电阻因温度的影响改变了1 ΩD.导体的电阻因温度的影响改变了9 Ω 答案 B解析 A 点电阻R A ＝31.0×10－1 Ω＝30 Ω，B 点电阻R B ＝61.5×10－1 Ω＝40 Ω，故A 错误，B正确.ΔR ＝R B －R A ＝10 Ω，故C 、D 错误.12.如图7所示，电源电动势E ＝12 V ，内阻r ＝3 Ω，R 0＝1 Ω，直流电动机内阻R 0′＝1 Ω.当调节滑动变阻器R 1时可使图甲中电路的输出功率最大；调节R 2时可使图乙中电路的输出功率最大，且此时电动机刚好正常工作(额定输出功率为P 0＝2 W)，则R 1和R 2连入电路中的阻值分别为( )图7A.2 Ω、2 ΩB.2 Ω、1.5 ΩC.1.5 Ω、1.5 ΩD.1.5 Ω、2 Ω答案 B解析 因为题图甲电路是纯电阻电路，当外电阻与电源内阻相等时，电源的输出功率最大，所以R 1接入电路中的阻值为R 1＝r －R 0＝2 Ω；而题图乙电路是含电动机的非纯电阻电路，欧姆定律不适用，电路的输出功率P ＝IU ＝I (E －Ir )＝I (12－3I )＝－3I 2＋12I ＝－3(I 2－4I )＝－3(I －2)2＋12，所以当I ＝2 A 时，输出功率P 有最大值，此时电动机的输出功率为P 0＝2 W ，发热功率为P 热＝I 2R 0′＝4 W ，所以电动机的输入功率为P 入＝P 0＋P 热＝6 W ，电动机两端的电压为U m ＝P 入I ＝3 V ，电阻R 2两端的电压为U 2＝E －Ir －U m ＝3 V ，所以R 2接入电路中的阻值为R 2＝U 2I＝1.5 Ω，B 正确.13.如图8所示，电源电动势E ＝10 V ，内阻r ＝1 Ω，闭合开关S 后，标有“8 V ,12 W ”的灯泡恰能正常发光，电动机M 绕组的电阻R 0＝4 Ω，求：图8(1)电源的输出功率P 出； (2)10 s 内电动机产生的热量Q ； (3)电动机的机械功率.答案 (1)16 W (2)10 J (3)3 W解析 (1)由题意知，并联部分电压为U ＝8 V ，内电压应为U 内＝E －U ＝2 V 总电流I ＝U 内r＝2 A ，电源的输出功率P 出＝UI ＝16 W ； (2)流过灯泡的电流I 1＝P 1U ＝1.5 A则流过电动机的电流I 2＝I －I 1＝0.5 A 电动机的热功率P 0＝I 22R 0＝1 W10 s 内产生的热量Q ＝P 0t ＝10 J ； (3)电动机的总功率P ＝UI 2＝4 W 电动机的机械功率P 机＝P －P 0＝3 W.14.如图9所示是一提升重物用的直流电动机工作时的电路图.电动机内电阻r ＝0.8 Ω，电路中另一电阻R ＝10 Ω，直流电压U ＝160 V ，电压表示数U V ＝110 V .试求：图9(1)通过电动机的电流； (2)输入电动机的电功率；(3)若电动机以v ＝1 m /s 匀速竖直向上提升重物，求该重物的质量.(g 取10 m/s 2). 答案 (1)5 A (2)550 W (3)53 kg解析 (1)由电路中的电压关系可得电阻R 的分压U R ＝U －U V ＝(160－110)V ＝50 V ， 流过电阻R 的电流I R ＝U R R ＝5010 A ＝5 A ，即通过电动机的电流I M ＝I R ＝5 A.(2)电动机的分压U M ＝U V ＝110 V ，输入电动机的电功率P 电＝I M U M ＝550 W. (3)电动机的发热功率P 热＝I M 2r ＝20 W ， 电动机输出的机械功率P 出＝P 电－P 热＝530 W ， 又因P 出＝mg v ， 所以m ＝P 出g v＝53 kg.。