高考物理的?？碱}型和解題方法詳解(2)
高考物理的?？碱}型和解題方法(二)
題型11 帶電粒子在電場中的運(yùn)動問題
題型概述：
帶電粒子在電場中的運(yùn)動問題本質(zhì)上是一個(gè)綜合了電場力、電勢能的力學(xué)問題，研究方法與質(zhì)點(diǎn)動力學(xué)一樣，同樣遵循運(yùn)動的合成與分解、牛頓運(yùn)動定律、功能關(guān)系等力學(xué)規(guī)律，高考中既有選擇題，也有綜合性較強(qiáng)的計(jì)算題。
思維模板：
(1)處理帶電粒子在電場中的運(yùn)動問題應(yīng)從兩種思路著手
?、賱恿W(xué)思路：重視帶電粒子的受力分析和運(yùn)動過程分析，然后運(yùn)用牛頓第二定律并結(jié)合運(yùn)動學(xué)規(guī)律求出位移、速度等物理量。
②功能思路：根據(jù)電場力及其他作用力對帶電粒子做功引起的能量變化或根據(jù)全過程的功能關(guān)系，確定粒子的運(yùn)動情況(使用中優(yōu)先選擇)。
(2)處理帶電粒子在電場中的運(yùn)動問題應(yīng)注意是否考慮粒子的重力
?、儋|(zhì)子、α粒子、電子、離子等微觀粒子一般不計(jì)重力;
?、谝旱巍m埃、小球等宏觀帶電粒子一般考慮重力;
?、厶厥馇闆r要視具體情況，根據(jù)題中的隱含條件判斷。
(3)處理帶電粒子在電場中的運(yùn)動問題應(yīng)注意畫好粒子運(yùn)動軌跡示意圖，在畫圖的基礎(chǔ)上運(yùn)用幾何知識尋找關(guān)系往往是解題的突破口。
題型12 帶電粒子在磁場中的運(yùn)動問題
題型概述：
帶電粒子在磁場中的運(yùn)動問題在歷年高考試題中考查較多，命題形式有較簡單的選擇題，也有綜合性較強(qiáng)的計(jì)算題且難度較大，常見的命題形式有三種：
(1)突出對在洛倫茲力作用下帶電粒子做圓周運(yùn)動的運(yùn)動學(xué)量(半徑、速度、時(shí)間、周期等)的考查;
(2)突出對概念的深層次理解及與力學(xué)問題綜合方法的考查，以對思維能力和綜合能力的考查為主;
(3)突出本部分知識在實(shí)際生活中的應(yīng)用的考查，以對思維能力和理論聯(lián)系實(shí)際能力的考查為主。
思維模板：
在處理此類運(yùn)動問題時(shí)，著重把握“一找圓心，二找半徑(R=mv/Bq)，三找周期(T=2πm/Bq)或時(shí)間”的分析方法。
(1)圓心的確定：因?yàn)槁鍌惼澚指向圓心，根據(jù)f⊥v，畫出粒子運(yùn)動軌跡中任意兩點(diǎn)(一般是射入和射出磁場的兩點(diǎn))的f的方向，沿兩個(gè)洛倫茲力f作出其延長線的交點(diǎn)即為圓心。另外，圓心位置必定在圓中任一根弦的中垂線上(如圖所示)。
(2)半徑的確定和計(jì)算：利用平面幾何關(guān)系，求出該圓的半徑(或運(yùn)動圓弧對應(yīng)的圓心角)，并注意利用一個(gè)重要的幾何特點(diǎn)，即粒子速度的偏向角(φ)等于圓心角(α)，并等于弦AB與切線的夾角(弦切角θ)的2倍(如圖所示)，即?φ=α=2θ。
(3)運(yùn)動時(shí)間的確定：t=φT/2π或t=s/v,其中φ為偏向角，T為周期，s為軌跡的弧長，v為線速度。
題型13 帶電粒子在復(fù)合場中運(yùn)動問題
題型概述：
帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動是高考的熱點(diǎn)和重點(diǎn)之一，主要有下面所述的三種情況：
(1)帶電粒子在組合場中的運(yùn)動：在勻強(qiáng)電場中，若初速度與電場線平行，做勻變速直線運(yùn)動;若初速度與電場線垂直，則做類平拋運(yùn)動;帶電粒子垂直進(jìn)入勻強(qiáng)磁場中，在洛倫茲力作用下做勻速圓周運(yùn)動。
(2)帶電粒子在疊加場中的運(yùn)動：在疊加場中所受合力為0時(shí)做勻速直線運(yùn)動或靜止;當(dāng)合外力與運(yùn)動方向在一直線上時(shí)做變速直線運(yùn)動;當(dāng)合外力充當(dāng)向心力時(shí)做勻速圓周運(yùn)動。
(3)帶電粒子在變化電場或磁場中的運(yùn)動：變化的電場或磁場往往具有周期性，同時(shí)受力也有其特殊性，常常其中兩個(gè)力平衡，如電場力與重力平衡，粒子在洛倫茲力作用下做勻速圓周運(yùn)動。
思維模板：分析帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動，應(yīng)仔細(xì)分析物體的運(yùn)動過程、受力情況，注意電場力、重力與洛倫茲力間大小和方向的關(guān)系及它們的特點(diǎn)(重力、電場力做功與路徑無關(guān)，洛倫茲力永遠(yuǎn)不做功)，然后運(yùn)用規(guī)律求解，主要有兩條思路：
(1)力和運(yùn)動的關(guān)系：根據(jù)帶電粒子的受力情況，運(yùn)用牛頓第二定律并結(jié)合運(yùn)動學(xué)規(guī)律求解。
(2)功能關(guān)系：根據(jù)場力及其他外力對帶電粒子做功的能量變化或全過程中的功能關(guān)系解決問題。
題型14 以電路為核心的綜合應(yīng)用問題
題型概述：
該題型是高考的重點(diǎn)和熱點(diǎn)，高考對本題型的考查主要體現(xiàn)在閉合電路歐姆定律、部分電路歐姆定律、電學(xué)實(shí)驗(yàn)等方面.主要涉及電路動態(tài)問題、電源功率問題、用電器的伏安特性曲線或電源的U-I圖像、電源電動勢和內(nèi)阻的測量、電表的讀數(shù)、滑動變阻器的分壓和限流接法選擇、電流表的內(nèi)外接法選擇等。
思維模板：
(1)電路的動態(tài)分析是根據(jù)閉合電路歐姆定律、部分電路歐姆定律及串并聯(lián)電路的性質(zhì)，分析電路中某一電阻變化而引起整個(gè)電路中各部分電流、電壓和功率的變化情況，即有R分→R總→I總→U端→I分、U分。
(2)電路故障分析是指對短路和斷路故障的分析，短路的特點(diǎn)是有電流通過，但電壓為零，而斷路的特點(diǎn)是電壓不為零，但電流為零，常根據(jù)短路及斷路特點(diǎn)用儀器進(jìn)行檢測，也可將整個(gè)電路分成若干部分，逐一假設(shè)某部分電路發(fā)生某種故障，運(yùn)用閉合電路或部分電路歐姆定律進(jìn)行推理。
(3)導(dǎo)體的伏安特性曲線反映的是導(dǎo)體的電壓U與電流I的變化規(guī)律，若電阻不變，電流與電壓成線性關(guān)系，若電阻隨溫度發(fā)生變化，電流與電壓成非線性關(guān)系，此時(shí)曲線某點(diǎn)的切線斜率與該點(diǎn)對應(yīng)的電阻值一般不相等。
電源的外特性曲線(由閉合電路歐姆定律得U=E-Ir，畫出的路端電壓U與干路電流I的關(guān)系圖線)的縱截距表示電源的電動勢，斜率的絕對值表示電源的內(nèi)阻。
題型15 以電磁感應(yīng)為核心的綜合應(yīng)用
題型概述：
此題型主要涉及四種綜合問題
(1)動力學(xué)問題：力和運(yùn)動的關(guān)系問題，其聯(lián)系橋梁是磁場對感應(yīng)電流的安培力。
(2)電路問題：電磁感應(yīng)中切割磁感線的導(dǎo)體或磁通量發(fā)生變化的回路將產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，該導(dǎo)體或回路就相當(dāng)于電源,這樣，電磁感應(yīng)的電路問題就涉及電路的分析與計(jì)算。
(3)圖像問題：一般可分為兩類：
一是由給定的電磁感應(yīng)過程選出或畫出相應(yīng)的物理量的函數(shù)圖像;
二是由給定的有關(guān)物理圖像分析電磁感應(yīng)過程，確定相關(guān)物理量。
(4)能量問題：電磁感應(yīng)的過程是能量的轉(zhuǎn)化與守恒的過程，產(chǎn)生感應(yīng)電流的過程是外力做功，把機(jī)械能或其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的過程;感應(yīng)電流在電路中受到安培力作用或通過電阻發(fā)熱把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能或電阻的內(nèi)能等。
思維模板：解決這四種問題的基本思路如下
(1)動力學(xué)問題：根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律求出感應(yīng)電動勢，然后由閉合電路歐姆定律求出感應(yīng)電流，根據(jù)楞次定律或右手定則判斷感應(yīng)電流的方向，進(jìn)而求出安培力的大小和方向，再分析研究導(dǎo)體的受力情況，最后根據(jù)牛頓第二定律或運(yùn)動學(xué)公式列出動力學(xué)方程或平衡方程求解。
(2)電路問題：明確電磁感應(yīng)中的等效電路，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律求出感應(yīng)電動勢的大小和方向，最后運(yùn)用閉合電路歐姆定律、部分電路歐姆定律、串并聯(lián)電路的規(guī)律求解路端電壓、電功率等。
(3)圖像問題：綜合運(yùn)用法拉第電磁感應(yīng)定律、楞次定律、左手定則、右手定則、安培定則等規(guī)律來分析相關(guān)物理量間的函數(shù)關(guān)系，確定其大小和方向及在坐標(biāo)系中的范圍，同時(shí)注意斜率的物理意義。
(4)能量問題：應(yīng)抓住能量守恒這一基本規(guī)律，分析清楚有哪些力做功，明確有哪些形式的能量參與了相互轉(zhuǎn)化，然后借助于動能定理、能量守恒定律等規(guī)律求解。
題型16 電學(xué)實(shí)驗(yàn)中電阻的測量問題
題型概述：
該題型是高考實(shí)驗(yàn)的重中之重，每年必有命題，可以說高考每年所考的電學(xué)實(shí)驗(yàn)都會涉及電阻的測量。針對此部分的高考命題可以是測量某一定值電阻，也可以是測量電流表或電壓表的內(nèi)阻，還可以是測量電源的內(nèi)阻等。
思維模板：
測量的原理是部分電路歐姆定律、閉合電路歐姆定律;常用方法有歐姆表法、伏安法、等效替代法、半偏法等。
物理電磁學(xué)和交變電流知識
1.若一條直線上有三個(gè)點(diǎn)電荷，因相互作用而平衡，其電性及電荷量的定性分布為“兩同夾一異，兩大夾一小”。
2.勻強(qiáng)電場中，任意兩點(diǎn)連線中點(diǎn)的電勢等于這兩點(diǎn)的電勢的平均值。在任意方向上電勢差與距離成正比。
3.正電荷在電勢越高的地方，電勢能越大，負(fù)電荷在電勢越高的地方，電勢能越小。
4.電容器充電后和電源斷開，僅改變板間的距離時(shí)，場強(qiáng)不變。
5.兩電流相互平行時(shí)無轉(zhuǎn)動趨勢，同向電流相互吸引，異向電流相互排斥;兩電流不平行時(shí)，有轉(zhuǎn)動到相互平行且電流方向相同的趨勢。
6.帶電粒子在磁場中僅受洛倫茲力時(shí)做圓周運(yùn)動的周期與粒子的速率、半徑無關(guān)，僅與粒子的質(zhì)量、電荷和磁感應(yīng)強(qiáng)度有關(guān)。
7.帶電粒子在有界磁場中做圓周運(yùn)動
(1)速度偏轉(zhuǎn)角等于掃過的圓心角;
(2)幾個(gè)出射方向：
?、倭Ｗ訌哪骋恢本€邊界射入磁場后又從該邊界飛出時(shí)，速度與邊界的夾角相等。
?、谠趫A形磁場區(qū)域內(nèi)，沿徑向射入的粒子，必沿徑向射出——對稱性。
③剛好穿出磁場邊界的條件是帶電粒子在磁場中的軌跡與邊界相切。
(3)運(yùn)動的時(shí)間：軌跡對應(yīng)的圓心角越大，帶電粒子在磁場中的運(yùn)動時(shí)間就越長，與粒子速度的大小無關(guān)。
8.速度選擇器模型：帶電粒子以速度v射入正交的電場和磁場區(qū)域時(shí)，當(dāng)電場力和磁場力方向相反且滿足v=E/B時(shí)，帶電粒子做勻速直線運(yùn)動(被選擇)與帶電粒子的帶電量大小、正負(fù)無關(guān)，但改變v、B、E中的任意一個(gè)量時(shí)，粒子將發(fā)生偏轉(zhuǎn)。
9.回旋加速器
(1)為了使粒子在加速器中不斷被加速，加速電場的周期必須等于回旋周期。
(2)粒子做勻速圓周運(yùn)動的最大半徑等于D形盒的半徑。
(3)在粒子的質(zhì)量、電量確定的情況下，粒子所能達(dá)到的最大動能只與D形盒的半徑和磁感應(yīng)強(qiáng)度有關(guān)，與加速器的電壓無關(guān)(電壓只決定了回旋次數(shù))。
(4)將帶電粒子：在兩盒之間的運(yùn)動首尾相連起來是一個(gè)初速度為零的勻加速直線運(yùn)動，帶電粒子每經(jīng)過電場加速一次，回旋半徑就增大一次。
10.在沒有外界軌道約束的情況下，帶電粒子在復(fù)合場中三個(gè)場力(電場力、洛倫茲力、重力)作用下的直線運(yùn)動必為勻速直線運(yùn)動;若為勻速圓周運(yùn)動則必有電場力和重力等大、反向。
11.在閉合電路中，當(dāng)外電路的任何一個(gè)電阻增大(或減小)時(shí)，電路的總電阻一定增大(或減小)。
12.滑動變阻器分壓電路中，分壓器的總電阻變化情況與滑動變阻器串聯(lián)段電阻變化情況相同。
13.若兩并聯(lián)支路的電阻之和保持不變，則當(dāng)兩支路電阻相等時(shí)，并聯(lián)總電阻最大;當(dāng)兩支路電阻相差最大時(shí)，并聯(lián)總電阻最小。
14.電源的輸出功率隨外電阻變化，當(dāng)內(nèi)外電阻相等時(shí)，電源的輸出功率最大，且最大值Pm=E2/4r。
15.導(dǎo)體棒圍繞棒的一端在垂直磁場的平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動而切割磁感線產(chǎn)生的電動勢E=BL2ω/2。
16.在變加速運(yùn)動中，當(dāng)物體的加速度為零時(shí)，物體的速度達(dá)到最大或最小——常用于導(dǎo)體棒的動態(tài)分析。
17.安培力做多少正功，就有多少電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量;安培力做多少負(fù)功，就有多少其他形式的能量轉(zhuǎn)化為電能，這些電能在通過純電阻電路時(shí)，又會通過電流做功將電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。
18.在Φ-t圖像(或回路面積不變時(shí)的B-t圖像)中，圖線的斜率既可以反映電動勢的大小，有可以反映電源的正負(fù)極。
19.交流電的產(chǎn)生：計(jì)算感應(yīng)電動勢的最大值用Em=nBSω;計(jì)算某一段時(shí)間內(nèi)的感應(yīng)電動勢的平均值用定義式。
20.只有正弦交流電，物理量的最大值和有效值才存在√2倍的關(guān)系。對于其他的交流電，需根據(jù)電流的熱效應(yīng)來確定有效值。
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