高考物理微元法解决物理试题技巧(很有用)及练习题

高考物理微元法解决物理试题技巧(很有用)及练习题一、微元法解决物理试题1．如图所示，某个力F＝10 N作用在半径为R＝1 m的转盘的边缘上，力F的大小保持不变，但方向保持在任何时刻均与作用点的切线一致，则转动一周这个力F做的总功为（）A．0 B．20π J C．10 J D．10π J【答案】B【解析】本题中力F的大小不变，但方向时刻都在变化，属于变力做功问题，可以考虑把圆周分割为很多的小段来研究.当各小段的弧长足够小时，可以认为力的方向与弧长代表的位移方向一致，故所求的总功为W＝F·Δs1＋F·Δs2＋F·Δs3＋…＝F(Δs1＋Δs2＋Δs3＋…）＝F·2πR＝20πJ，选项B符合题意.故答案为B．【点睛】本题应注意，力虽然是变力，但是由于力一直与速度方向相同，故可以直接由W=FL求出．2．如图所示，半径为R的1/8光滑圆弧轨道左端有一质量为m的小球，在大小恒为F、方向始终与轨道相切的拉力作用下，小球在竖直平面内由静止开始运动，轨道左端切线水平，当小球运动到轨道的末端时，此时小球的速率为v，已知重力加速度为g，则( )A．此过程拉力做功为22FRB．此过程拉力做功为4FRC．小球运动到轨道的末端时，拉力的功率为12 FvD．小球运动到轨道的末端时，拉力的功率为22Fv【答案】B 【解析】【详解】AB 、将该段曲线分成无数段小段，每一段可以看成恒力，可知此过程中拉力做功为1144W F R FR ππ=•=，故选项B 正确，A 错误； CD 、因为F 的方向沿切线方向，与速度方向平行，则拉力的功率P Fv =，故选项C 、D 错误。

3．为估算雨水对伞面产生的平均撞击力，小明在大雨天将一圆柱形水杯置于露台，测得10分钟内杯中水位上升了45mm ，当时雨滴竖直下落速度约为12m/s 。

设雨滴撞击伞面后无反弹，不计雨滴重力，雨水的密度为33110kg/m ⨯，伞面的面积约为0.8m 2，据此估算当时雨水对伞面的平均撞击力约为（ ）A ．0.1NB ．1.0NC ．10ND ．100N【答案】B【解析】【分析】【详解】对雨水由动量定理得 Ft mv Shv ρ=∆=则0.72N 1.0N Shv F t ρ==≈所以B 正确，ACD 错误。

故选B 。

4．水柱以速度v 垂直射到墙面上，之后水速减为零，若水柱截面为S ，水的密度为ρ，则水对墙壁的冲力为（ ）A ．12ρSvB ．ρSvC ．12ρS v 2D ．ρSv 2【答案】D【解析】【分析】【详解】设t 时间内有V 体积的水打在钢板上，则这些水的质量为：S m V vt ρρ==以这部分水为研究对象，它受到钢板的作用力为F ，以水运动的方向为正方向，由动量定理有：0Ft mv =-即：2mv F Sv tρ=-=- 负号表示水受到的作用力的方向与水运动的方向相反；由牛顿第三定律可以知道，水对钢板的冲击力大小也为2S v ρ ，D 正确，ABC 错误。

故选D 。

5．如图所示，小球质量为m ，悬线的长为L ，小球在位置A 时悬线水平，放手后，小球运动到位置B ，悬线竖直。

设在小球运动过程中空气阻力f 的大小不变，重力加速度为g ，关于该过程，下列说法正确的是（ ）A ．重力做的功为mgLB ．悬线的拉力做的功为0C ．空气阻力f 做的功为mgL -D ．空气阻力f 做的功为2fL π-【答案】ABD【解析】【详解】 AB ．如图所示，因为拉力T 在运动过程中始终与运动方向垂直，故不做功，即T 0W =重力在整个运动过程中始终不变，小球在重力方向上的位移为A 、B 两点连线在竖直方向上的投影，为L ，所以G W mgL =故AB 正确；CD ．空气阻力所做的总功等于每个小弧段上f 所做功的代数和，即()f 12π2W f x f x fL =-∆+∆+⋅⋅⋅=-故C 错误，D 正确。

故选ABD 。

6．如图所示，两条光滑足够长的金属导轨，平行置于匀强磁场中，轨道间距0.8m L =，两端各接一个电阻组成闭合回路，已知18ΩR =,22ΩR =，磁感应强度0.5T B =，方向与导轨平面垂直向下，导轨上有一根电阻0.4Ωr =的直导体ab ，杆ab 以05m /s v =的初速度向左滑行，求：（1）此时杆ab 上感应电动势的大小，哪端电势高？（2）此时ab 两端的电势差。

（3）此时1R 上的电流强度多大？（4）若直到杆ab 停下时1R 上通过的电量0.02C q =，杆ab 向左滑行的距离x 。

【答案】（1）杆ab 上感应电动势为2V ，a 点的电势高于b 点；（2）ab 两端的电势差为1.6V （3）通过R 1的电流为0.2A ；（4）0.5m x =。

【解析】【详解】（1）ab 棒切割产生的感应电动势为0.50.85V 2V E BLv根据右手定则知，电流从b 流向a ，ab 棒为等效电源，可知a 点的电势高于b 点； （2）电路中的总电阻1212820.4282R R R r R R ΩΩ＝＝＝则电路中的总电流 2A 1A 2E IR ＝＝ 所以ab 两端的电势差为 ab 210.4V 1.6V U EIr （3）通过R 1的电流为11 1.6A 0.2A 8ab U I R ＝＝＝ （4）由题意知，流过电阻1R 和2R 的电量之比等于电流之比，则有流过ab 棒的电荷量1110.20.020.020.1C 0.2I I q q q I --=+=+⨯=总 ab 棒应用动量定理有： -BIL t m v ∆=∆或-BLv BL t m v R∆=∆ 两边求和得： BLq mv =总或22B L x mv R= 以上两式整理得：q R x BL=总 代入数据解得： 0.5m x =7．如图所示，一质量为m ＝2.0kg 的物体从半径为R ＝5.0m 的圆弧的A 端．在拉力作用下沿圆弧缓慢运动到B 端（圆弧AB 在竖直平面内）．拉力F 大小不变始终为15N ，方向始终与物体所在位置的切线成37°角．圆弧所对应的圆心角为60°，BD 边竖直，g 取10m/s 2．求这一过程中（cos37°＝0.8）：(1)拉力F 做的功;(2)重力mg 做的功;(3)圆弧面对物体的支持力F N 做的功;(4)圆弧面对物体的摩擦力F f 做的功.【答案】（1）62.8J （2）-50J （3）0 （4）-12.8J【解析】【分析】【详解】(1)将圆弧分成很多小段l 1、l 2、…、l n ，拉力在每小段上做的功为W 1、W 2、…、W n ，因拉力F 大小不变，方向始终与物体所在位置的切线成37°角，所以：W 1＝Fl 1cos37°，W 2＝Fl 2cos37°，…，W n ＝Fl n cos37°，所以拉力F 做的功为：()1212cos37cos37?20J 62.8J 3F n n W W W W F l l l F R ππ=++⋯+=︒++⋯+=︒== (2)重力mg 做的功W G ＝-mgR （1-cos60°）＝-50J ．(3)物体受到的支持力F N 始终与物体的运动方向垂直，所以W F ＝0．(4)因物体在拉力F 作用下缓慢移动，则物体处于动态平衡状态，合外力做功为零， 所以W F ＋W G ＋W Ff ＝0，则W Ff ＝－W F －W G ＝－62.8J ＋50J ＝－12.8J ．【点睛】本题考查动能定理及功的计算问题，在求解F 做功时要明确虽然力是变力，但由于力和速度方向之间的夹角始终相同，故可以采用“分割求和”的方法求解．8．光子具有能量，也具有动量．光照射到物体表面时，会对物体产生压强，这就是“光压”．光压的产生机理如同气体压强：大量气体分子与器壁的频繁碰撞产生了持续均匀的压力，器壁在单位面积上受到的压力就是气体的压强．设太阳光每个光子的平均能量为E ，太阳光垂直照射地球表面时，在单位面积上的辐射功率为P 0．已知光速为c ，则光子的动量为E/c ．求：（1）若太阳光垂直照射在地球表面，则时间t 内照射到地球表面上半径为r 的圆形区域内太阳光的光子个数是多少？（2）若太阳光垂直照射到地球表面，在半径为r 的某圆形区域内被完全反射（即所有光子均被反射，且被反射前后的能量变化可忽略不计），则太阳光在该区域表面产生的光压（用I 表示光压）是多少？（3）有科学家建议利用光压对太阳帆的作用作为未来星际旅行的动力来源．一般情况下，太阳光照射到物体表面时，一部分会被反射，还有一部分被吸收．若物体表面的反射系数为ρ，则在物体表面产生的光压是全反射时产生光压的12ρ+倍．设太阳帆的反射系数ρ=0.8，太阳帆为圆盘形，其半径r=15m ，飞船的总质量m=100kg ，太阳光垂直照射在太阳帆表面单位面积上的辐射功率P0=1.4kW ，已知光速c=3.0×108m/s ．利用上述数据并结合第（2）问中的结论，求太阳帆飞船仅在上述光压的作用下，能产生的加速度大小是多少?不考虑光子被反射前后的能量变化．（保留2位有效数字）【答案】（1）20r P t n E π=（2）02P I c = （3）525.910/a m s -=⨯ 【解析】【分析】【详解】（1）时间t 内太阳光照射到面积为S 的圆形区域上的总能量E 总= P 0St解得E 总=πr 2 P 0t照射到此圆形区域的光子数n =E E 总 解得20r P tn E π=（2）因光子的动量p =E c 则到达地球表面半径为r 的圆形区域的光子总动量p 总=np因太阳光被完全反射，所以时间t 内光子总动量的改变量Δp =2p设太阳光对此圆形区域表面的压力为F ，依据动量定理Ft =Δp太阳光在圆形区域表面产生的光压I =F /S 解得02P I c= （3）在太阳帆表面产生的光压I ′=12ρ+I 对太阳帆产生的压力F ′= I ′S设飞船的加速度为a ，依据牛顿第二定律F ′=ma解得a =5.9×10-5m/s 29．对于同一物理问题，常常可以从宏观与微观两个不同角度进行研究，找出其内在联系，从而更加深刻地理解其物理本质．在正方体密闭容器中有大量某种气体的分子，每个分子质量为m ，单位体积内分子数量n 为恒量．为简化问题，我们假定：分子大小可以忽略；分子速率均为v ，且与器壁各面碰撞的机会均等；分子与器壁碰撞前后瞬间，速度方向都与器壁垂直，且速率不变．（1）求一个气体分子与器壁碰撞一次给器壁的冲量I 的大小；（2）每个分子与器壁各面碰撞的机会均等，则正方体的每个面有六分之一的几率．请计算在Δt 时间内，与面积为S 的器壁发生碰撞的分子个数N ；（3）大量气体分子对容器壁持续频繁地撞击就形成了气体的压强．对在Δt 时间内，与面积为S 的器壁发生碰撞的分子进行分析，结合第（1）（2）两问的结论，推导出气体分子对器壁的压强p 与m 、n 和v 的关系式．【答案】（1）2I mv =（2） 1.6N n Sv t =∆ （3）213nmv 【解析】 （1）以气体分子为研究对象，以分子碰撞器壁时的速度方向为正方向根据动量定理 2I mv mv mv -=--=-'由牛顿第三定律可知，分子受到的冲量与分子给器壁的冲量大小相等方向相反 所以，一个分子与器壁碰撞一次给器壁的冲量为 2I mv =；（2）如图所示，以器壁的面积S 为底，以vΔt 为高构成柱体，由题设条件可知，柱体内的分子在Δt 时间内有1/6与器壁S 发生碰撞，碰撞分子总数为16N n Sv t =⋅∆ （3）在Δt 时间内，设N 个分子对面积为S 的器壁产生的作用力为FN 个分子对器壁产生的冲量 F t NI ∆=根据压强的定义 F p S= 解得气体分子对器壁的压强 213p nmv = 点睛：根据动量定理和牛顿第三定律求解一个分子与器壁碰撞一次给器壁的冲量；以Δt 时间内分子前进的距离为高构成柱体，柱体内1/6的分子撞击柱体的一个面，求出碰撞分子总数；根据动量定理求出对面积为S 的器壁产生的撞击力，根据压强的定义求出压强；10．同一个物理问题，常常可以宏观和微观两个不同角度流行研究，找出其内在联系，从而更加深刻地汇理解其物理本质.(1)如图所示，正方体密闭容器中有大量运动粒子，每个粒子质量为m ，单位体积内粒子数量n 为恒量．为简化问题，我们假定：粒子大小可以忽略；其速率均为V ，且与器壁各面碰撞的机会均等，与器壁碰撞前后瞬间，粒子速度方向都与器壁垂直，且速率不变．利用所学力学知识．a.求一个粒子与器壁碰撞一次受到的冲量大小I ；b.导出器壁单位面积所受的大量粒子的撞击压力f 与m 、n 和v 的关系．(注意：解题过程中需要用到、但题目没有给出的物理量，要在解题时做必要的说明)(2)热爱思考的小新同学阅读教科书《选修3-3》第八章，看到了“温度是分子平均动能的标志，即a T aE =，(注：其中，a 为物理常量，a E 为分子热运动的平均平动动能)”的内容，他进行了一番探究，查阅资料得知：第一，理想气体的分子可视为质点，分子间除了相互碰撞外，无相互作用力； 第二，一定质量的理想气体，其压碰P 与热力学温度T 的关系为0P n kT =，式中0n 为单位体积内气体的分子数，k 为常数.请根据上述信息并结合第(1)问的信息帮助小新证明，a T aE =，并求出a ；(3)物理学中有些运动可以在三维空间进行，容器边长为L ；而在某些情况下，有些运动被限制在平面(二维空间)进行，有些运动被限制在直线(一维空间)进行．大量的粒子在二维空间和一维空间的运动，与大量的粒子在三维空间中的运动在力学性质上有很多相似性，但也有不同．物理学有时将高维度问题采用相应规划或方法转化为低纬度问题处理．有时也将低纬度问题的处理方法和结论推广到高维度．我们在曲线运动、力、动量等的学习中常见的利用注意分解解决平面力学问题的思维，本质上就是将二维问题变为一维问题处理的解题思路．若大量的粒子被限制在一个正方形容器内，容器边长为L ，每个粒子的质量为m ，单位面积内的粒子的数量0n 为恒量，为简化问题，我们简化粒子大小可以忽略，粒子之间出碰撞外没有作用力，气速率均为v ，且与器壁各边碰撞的机会均等，与容器边缘碰撞前后瞬间，粒子速度方向都与容器边垂直，且速率不变.a.请写出这种情况下粒子对正方形容器边单位长度上的力0f (不必推导)；B ．这种情况下证还会有a T E ∝的关系吗?给出关系需要说明理由．【答案】（1）a.2mv b. 22f nmv =（2）证明过程见解析；4a k =（3）20012f n mv ＝ ；关系不再成立．【解析】【分析】【详解】（1）a.一个粒子与器壁碰撞一次由动量定理：()2I mv mv mv =--=；b.在∆t 时间内打到器壁单位面积的粒子数：N nv t =∆由动量定理：f t NI ∆=解得22f nmv =（2）因单位面积上受到的分子的作用力即为气体的压强，则由（1）可知202p n mv =根据P 与热力学温度T 的关系为P =n 0 kT ，则2002=n v n m kT ， 即224=a a T mv E aE k k== 其中4a k = （3）考虑单位长度，∆t 时间内能达到容器壁的粒子数 1×v ∆tn 0， 其中粒子有均等的概率与容器各面相碰，即可能达到目标区域的粒子数为014v tn ∆ 由动量定理可得：()020012142n v t mv p f n mv t t ∆∆∆∆＝＝＝ 此时因f 0是单位长度的受力，则f 0的大小不再是压强，则不会有a T E ∝关系.11．光子具有能量，也具有动量．光照射到物体表面时，会对物体产生压强，这就是“光压”，光压的产生机理如同气体压强；大量气体分子与器壁的频繁碰撞产生了持续均匀的压力，器壁在单位面积上受到的压力就是气体的压强，设太阳光每个光子的平均能量为E ，太阳光垂直照射地球表面时，在单位面积上的辐射功率为P 0，已知光速为c ，则光子的动量为E P c=，求： （1）若太阳光垂直照射在地球表面，则时间t 内照射到地球表面上半径为r 的圆形区域内太阳光的总能量及光子个数分别是多少？（2）若太阳光垂直照射到地球表面，在半径为r 的某圆形区域内被完全反射（即所有光子均被反射，且被反射前后的能量变化可忽略不计），则太阳光在该区域表面产生的光压（用l 表示光压）是多少？【答案】（1）20r P t n E π=（2）02p I c= 【解析】【分析】【详解】（1）时间t 内太阳光照射到面积为S 的圆形区域上的总能量 0=E P St 总解得 20E r P t π=总照射到此圆形区域的光子数E n E =总解得20r P tn E π=（2）因光子的动量E p c =则达到地球表面半径为r 的圆形区域的光子总动量p nP =总因太阳光被完全反射，所以时间t 内光子总动量的改变量2p p ∆=设太阳光对此圆形区域表面的压力为F ，依据动量定理Ft p =∆太阳光在圆形区域表面产生的光压I=F/S解得02p I c=12．如图所示，一质量为 2.0kg m =的物体从半径为0.5m R =的圆弧轨道的A 端，在拉力作用下沿圆弧缓慢运动到B 端（圆弧AB 在竖直平面内）。