最新高中物理模型组合详解- 矢量运算模型
模型组合讲解——矢量运算模型
［模型概述］
矢量及运算是高中物理的重点和难点之一，常见的矢量有位移、速度、加速度、力、动量、电场强度、磁感应强度等，由于其运算贯穿整个中学物理，所以在进行模块讲解之前，我们有必要熟练掌握矢量的运算规律。
［模型讲解］
例.（2005年安丘市统考）
如图1所示，平行四边形ABCD的两条对角线的交点为G。在平行四边形内任取一点O，作矢量OA、OB、OC、OD，则这四个矢量所代表的四个共点力的合力等于（）
图1
A. 4OG
B. 2AB
C. 4GB
D. 2CB
解析：如图2所示，延长OG至P，使GP＝OG，连结PA、PB、PC、PD，得平行四边形AODP和平行四边形COBP。由力的平行四边形定则知道，矢量OA、OD所代表的两个共点力F F
A D
、的
合力F
AD 可用矢量OP表示，即F OP OG
AD
==2。
图2
同理，矢量OB 、OC 所代表的两个共点力F F B C 、的合力F BC 也可用矢量OP 表示，即F OP OG BC ==2。
从而，F F F F A B C D 、、、四个共点力的合力F F F OG AD BC =+=4。所以A 项正确。
评点：由于题中的O 点是任取的，各力的大小和方向无法确定，通过直接计算肯定行不通。但考虑到平行四边形的对角线互相平分这一特点问题就解决了。其实对该部分的考查往往是从特殊的角度进行的，如θ＝0°，90°，120°，180°等。
总结：（1）当两分力F 1和F 2大小一定时，合力F 随着θ角的增大而减小。当两分力间的夹角θ＝0°时，合力最大，等于F F F max =+12；当两分力间的夹角θ＝180°时，合力最小，等于F F F min =-12。两个力的合力的取值范围是F F F F F 1212-≤<+。
（2）求两个以上的力的合力，也可以采用平行四边形定则，先求出任意两个力的合力，再求出这个合力跟第三个力的合力，直到把所有的力都合成进去，最后得到的就是这些力的合力。为方便某些问题的研究，在很多问题中都采用特殊法或正交分解法。
［误区点拨］
（1）在受力分析时要明确合力与分力的关系。“有合无分，有分无合”，不要多添力或少力。
（2）合力可以大于、等于或小于分力，它的大小依赖于两分力之间的夹角的大小，这是矢量的特点。
（3）有n 个力F F F F n 123、、、……，它们合力的最大值是它们的方向相同时的合力，即F F i i n
max ==∑1，而它们的最小值要分下列两种情
况讨论：
①若n 个力F F F F n 123、、、……中的最大力F m 大于
F i
i i m
n
=≠∑1，，则它们
合力的最小值是F F m i i i m n -?? ?
?
?=≠∑1，。
②若n 个力F F F F n 123、、、……中的最大力F m 小于F i
i i m
n
=≠∑1，，则它们
合力的最小值是0。
［模型要点］
矢量的合成与分解是相互可逆的过程，它是我们进行所有矢量运算时常用的两种方法。
运算法则：遵守平行四边形定则。
物理思想：在合成与分解时贯穿了等效替代的思想。在以后的学习过程中，例如“运动的合成与分解”、“等效电路”、“交变电流有效值的定义”等，都要用到“等效替代”的方法。所以只要效果相同，都可以进行“替代”。
［特别说明］
（1）矢量运算一般用平行四边形法则。但可推广至三角形法则、多边形法则或正交分解法等。而标量运算遵循一般的代数法则，如质量、密度、温度、功、能量、路程、速率、体积、时间、热量、电阻
等物理量，无论选取什么坐标系，标量的数值恒保持不变。
（2）矢量和标量的乘积仍为矢量。矢量和矢量的乘积，可构成新的标量，也可构成新的矢量，构成标量的乘积叫标积；构成矢量的乘积叫矢积。如功、功率等的计算是采用两个矢量的标积；洛伦兹力等的计算是采用两个矢量的矢积。
（3）多边形法：将这些矢量的箭尾与箭头依次相连接，然后将第一个矢量的箭尾连到最末一个矢量的箭头的矢量，就是所要求的合矢量。其大小和方向与相加次序无关。矢量减法是矢量加法的逆运算。
（4）矢量的分解虽然是矢量合成的逆运算，但无其他限制，同一个矢量可分解为无数对大小、方向不同的分矢量。因此，把一个矢量分解为两个分矢量时，应根据具体情况分解。如已知两个不平行分矢量的方向或已知一个分矢量的大小和方向，分解是唯一的。
［模型演练］
1.
如图3所示，三个完全相同的绝缘金属小球a、b、c位于等边三角形的三个顶点上，c球在xOy坐标系原点O上。a和c带正电，b带负电，a所带电荷量比b所带电荷量少。关于c受到a和b的静电力的合力方向，下列判断正确的是（）
图3
A. 从原点指向第I象限
B. 从原点指向第II象限
C. 从原点指向第III象限
D. 从原点指向第IV象限答案：D
高中物理知识点题库 矢量和标量GZWL008
1．飞机的起飞过程是从静止出发，在直跑道上加速前进，等达到一定速度时离地．已知飞机加速前进的路程为1600 m ，所用的时间为40 s ．假设这段运动为匀加速直线运动，用a 表示加速度，v 表示离地时的速度，则 ( ) A ．a ＝2 m/s2，v ＝80 m/s B ．a ＝1 m/s2，v ＝40 m/s C ．a ＝2 m/s2，v ＝40 m/s D ．a ＝1 m/s2，v ＝80 m/s 答案：A 解析：飞机做匀加速直线运动过程的初速度为零，位移为1600 m ，运动时间为40 s ．根据 方程x ＝12at2，可得a ＝2x t2＝2×1600402 m/s2＝2 m/s2.再根据v ＝at ，可得v ＝2×40 m/s ＝80 m/s.故A 正确． 题干评注：矢量和标量 问题评注：矢量不仅有大小，而且有方向的物理量。标量:只有大小，没有方向的物理量。 2．如图所示为物体做直线运动的v －t 图象．若将该物体的运动过程用x －t 图象表示出来(其中x 为物体相对出发点的位移)，则图中的四幅图描述正确的是 ( ) 答案：C 解析：0～t1时间内物体匀速正向运动，故选项A 错；t1～t2时间内，物体静止，且此时离出发点有一定距离，选项B 、D 错；t2～t3时间内，物体反向运动，且速度大小不变，即x －t 图象中，0～t1和t2～t3两段时间内，图线斜率大小相等，故C 对． 题干评注：矢量和标量 问题评注：矢量不仅有大小，而且有方向的物理量。标量:只有大小，没有方向的物理量。 3．一枚火箭由地面竖直向上发射，其速度和时间的关系图线如图所示，则( ) A ．t3时刻火箭距地面最远 B ．t2～t3时间内，火箭在向下降落
高中物理模型组合讲解 水平方向上的碰撞+弹簧模型 专题辅导
高中物理模型组合讲解 水平方向上的碰撞+弹簧模型 车晓红 ［模型概述］ 在应用动量守恒、机械能守恒、功能关系和能量转化等规律考查学生的综合应用能力时，常有一类模型，就是有弹簧参与，因弹力做功的过程中弹力是个变力，并与动量、能量联系，所以分析解决这类问题时，要细致分析弹簧的动态过程，利用动能定理和功能关系等知识解题。 ［模型讲解］ 一、光滑水平面上的碰撞问题 例1. 在光滑水平地面上有两个相同的弹性小球A 、B ，质量都为m ，现B 球静止，A 球向B 球运动，发生正碰。已知碰撞过程中总机械能守恒，两球压缩最紧时的弹性势能为E P ，则碰前A 球的速度等于（ ） A. m E P B. m E P 2 C. m E P 2 D. m E P 22 解析：设碰前A 球的速度为v 0，两球压缩最紧时的速度为v ，根据动量守恒定律得出 mv mv 20=，由能量守恒定律得220)2(2121v m E mv P +=，联立解得m E v P 20=，所以正确选项为C 。 二、光滑水平面上有阻挡板参与的碰撞问题 例2. 在原子核物理中，研究核子与核子关联的最有效途径是“双电荷交换反应”。这类反应的前半部分过程和下述力学模型类似，两个小球A 和B 用轻质弹簧相连，在光滑的水平直轨道上处于静止状态，在它们左边有一垂直于轨道的固定挡板P ，右边有一小球C 沿轨道以速度v 0射向B 球，如图1所示，C 与B 发生碰撞并立即结成一个整体D ，在它们继续向左运动的过程中，当弹簧长度变到最短时，长度突然被锁定，不再改变，然后，A 球与挡板P 发生碰撞，碰后A 、D 都静止不动，A 与P 接触而不粘连，过一段时间，突然解除锁定（锁定及解除锁定均无机械能损失），已知A 、B 、C 三球的质量均为m 。 图1 （1）求弹簧长度刚被锁定后A 球的速度。 （2）求在A 球离开挡板P 之后的运动过程中，弹簧的最大弹性势能。 解析：（1）设C 球与B 球粘结成D 时，D 的速度为v 1，由动量守恒得1 0)(v m m mv +=
高中物理二十四种模型
高中物理二十四种模型 ⒈"质心"模型:质心(多种体育运动).集中典型运动规律.力能角度. ⒉"绳件.弹簧.杆件"三件模型:三件的异同点,直线与圆周运动中的动力学问题和功能问题. ⒊"挂件"模型:平衡问题.死结与活结问题,采用正交分解法,图解法,三角形法则和极值法. ⒋"追碰"模型:运动规律.碰撞规律.临界问题.数学法(函数极值法.图像法等)和物理方法(参照物变换法.守恒法)等. ⒌"运动关联"模型:一物体运动的同时性.独立性.等效性.多物体参与的独立性和时空联系. ⒍"皮带"模型:摩擦力.牛顿运动定律.功能及摩擦生热等问题. ⒎"斜面"模型:运动规律.三大定律.数理问题. ⒏"平抛"模型:运动的合成与分解.牛顿运动定律.动能定理(类平抛运动). ⒐"行星"模型:向心力(各种力).相关物理量.功能问题.数理问题(圆心.半径.临界问题). ⒑"全过程"模型:匀变速运动的整体性.保守力与耗散力.动量守恒定律.动能定理.全过程整体法. ⒒"人船"模型:动量守恒定律.能量守恒定律.数理问题. ⒓"子弹打木块"模型:三大定律.摩擦生热.临界问题.数理问题. ⒔"爆炸"模型:动量守恒定律.能量守恒定律. ⒕"单摆"模型:简谐运动.圆周运动中的力和能问题.对称法.图象法. ⒖"限流与分压器"模型:电路设计.串并联电路规律及闭合电路的欧姆定律.电能.电功率.实际应用. ⒗"电路的动态变化"模型:闭合电路的欧姆定律.判断方法和变压器的三个制约问题. ⒘"磁流发电机"模型:平衡与偏转.力和能问题.
⒙"回旋加速器"模型:加速模型(力能规律).回旋模型(圆周运动).数理问题. ⒚"对称"模型:简谐运动(波动).电场.磁场.光学问题中的对称性.多解性.对称性. ⒛电磁场中的单杆模型:棒与电阻.棒与电容.棒与电感.棒与弹簧组合.平面导轨.竖直导轨等,处理角度为力电角度.电学角度.力能角度. 21.电磁场中的"双电源"模型:顺接与反接.力学中的三大定律.闭合电路的欧姆定律.电磁感应定律. 22.交流电有效值相关模型:图像法.焦耳定律.闭合电路的欧姆定律.能量问题. 23."能级"模型:能级图.跃迁规律.光电效应等光的本质综合问题. 24.远距离输电升压降压的变压器模型.
常用地一些矢量运算公式
常用的一些矢量运算公式 1.三重标量积 如a ，b 和c 是三个矢量，组合 ()a b c ??叫做他们的三重标量积。三重标量积等于这三 个矢量为棱边所作的平行六面体体积。在直角坐标系中，设坐标轴向的三个单位矢量标记为 (),,i j k ，令三个矢量的分量记为()()1 2 3 1 2 3 ,,,,,a a a a b b b b 及()1 2 3 ,,c c c c 则有 ( )() 123123123123 123123 c c c i jk a b c a a a c i c j c k a a a b b b b b b ??=?++= 因此，三重标量积必有如下关系式： ()()()a b c b c a c a b ??=??=??即有循环法则成立，这就是说不改变三重标量积中三个矢量顺序的组合，其结果相等。 2.三重矢量积 如a ，b 和c 是三个矢量，组合 ( ) a b c ??叫做他们的三重标量积，因有 ()()()a b c a c b c b a ??=-??=?? 故有中心法则成立，这就是说只有改变中间矢量时，三重标量积符号才改变。三重标量积有一个重要的性质（证略）:() ()()a b c a b c a c b ??=-?+? （1-209） 将矢量作重新排列又有：()()() a b c b a c b a c ?=??+? （1-210） 3.算子（ a ? ） ? 是哈密顿算子，它是一个矢量算子。（ a ? ）则是一个标量算子，将它作用于标量φ ，即 ()a φ?是φ在a 方向的变化速率的a 倍。如以无穷小的位置矢量 d r 代替以上矢量a ，则 ()dr φ ?是φ在位移方向 d r 的变化率的 d r 倍，即 d φ 。 () ()d dr dr φφφ=?=? 若将 () dr ?作用于矢量v ，则 ()dr v ?就是v 再位移方向 d r 变化率的 d r 倍，既为速度矢量 的全微分() dv dr v =? 应 用 三 重 矢 量 积 公 式 （ 1-209 ） ()()() 00()()()() a b a b a b b a a b b a a b ???=???+???=??-??-??+??
课程标准高中物理教科书(人教版)
课程标准高中物理教科书(人教版) 必修1、必修2编写思想 人民教育出版社物理室张大昌 自2003年初以来,编者以《普通高中物理课程标准(实验)》为依据,编写了全套《普通高中课程标准实验教科书?物理》。本文结合共同必修《必修1》和《必修2》两本书,谈一谈编者在落实新课程理念时的想法和所做的努力,希望能与老师、学生们交流,也希望更多地听到大家的意见。 一、循序渐进,步步登高 任何教学活动都要使学生学会所教的内容,对于高中物理课程来说,就是要学会物理学的内容,否则无论知识与技能还是过程与方法、情感态度价值观的教育都无从谈起。落实三维课程目标的前提是学懂物理学! 要学懂物理学,有很多应该注意的事情,但有极其重要的一条,那就是循序渐进。一个5米高的峭壁,没有专门的工具、没有经过专门训练的人难以攀登,而泰山高1 524米,一般的人都能爬上去,这是因为泰山路上开凿了所有健康人都能接受的台阶。 教学也是这样。凡是教学中的难点,一般说来都是新内容与学生已有的认知之间存在较大的落差。正确分析这个落差,搭好合适的“台阶”,正是教学艺术性之所在。教科书的作用之一是做好教师的助手。编者在分析难点,帮助教师搭设教学台阶这方面做了很多工作。 1. 矢量的教学 编者是通过以下几个阶段来引导学生学习的。
(1)通过位移初步接触矢量 几十年来,我国高中物理教科书既有从力开始的,也有从运动学开始的;国外教科书也是这样。两种安排各有道理。课标教科书从运动学开始,目的之一是使矢量的教学能循序渐进。 在高中阶段,对矢量的认识要突出两点:方向性和加法法则。对于高一学生来说,两者都不容易。如果先学力,学了方向性后,几乎立即就要学习相加的法则,两个难点相距太近。因此,新教科书先学位移,通过位移初步接触矢量。在《必修1》第一章第2节说“像位移这样的物理量叫做矢量,它既有大小又有方向……”这里描述了矢量的一个特征,但不是下定义。 (2)通过思考与讨论?领悟?到矢量相加具有特殊的规律 《必修1》第一章第2节有个“思考与讨论”:一位同学从操场中心A出发,向北走了40 m,到达C点,然后又向东走了30 m,到达B点……你能通过这个实例总结出矢量相加的法则吗? 这里并不要求学生完整地得出平行四边形或三角形的法则,但一定要让学生思考。只要能够认识到最终的位移并不是把40 m与30 m相加就可以得到的,这就可以了。教学中要设法让学生心里存疑。新课程不是鼓励学生的探究精神吗?存疑就是教师预先埋伏下的问题,探究的开始。学生会不自觉地对这个问题做出或浅或深的猜想与假设……这对于后来的学习是很有意义的。 (3)通过实验探索矢量相加的法则 《必修1》第三章,学生通过实验了解了力相加的法则,为矢量的完整定义打下了基础。 (4)矢量的定义
高中物理模型及方法
◆1.连接体模型：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。 整体法是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 隔离法是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)
F 2=0 122F=(m +m )a N=m a N= 2 12 m F m m + ② F 1≠0；F 2≠0N= 2112 12 m F m m m F ++ (2 F =就是上 面的情况) F=2 1 1221m m g)(m m g)(m m ++ F=122112 m (m )m (m gsin )m m g θ++ F= A B B 12 m (m )m F m m g ++ F 1>F 2 m 1>m 2 N 1 ②汽车过拱桥、凹桥3 ③飞机做俯冲运动时，飞行员对座位的压力。 ④物体在水平面内的圆周运动（汽车在水平公路转弯，水平转盘上的物体，绳拴着的物体在光滑水平面上绕绳的一端旋转）和物体在竖直平面内的圆周运动（翻滚过山车、水流星、杂技节目中的飞车走壁等）。 ⑤万有引力——卫星的运动、库仑力——电子绕核旋转、洛仑兹力——带电粒子在匀强磁场中的偏转、重力与弹力的合力——锥摆、（关健要搞清楚向心力怎样提供的） （1）火车转弯：设火车弯道处内外轨高度差为h ，内外轨间距L ，转弯半径R 。由于外轨略高于内轨，使得火车所受重力和支持力的合力F 合 提供向心力。 为转弯时规定速度）（得由合002 0sin tan v L Rgh v R v m L h mg mg mg F ===≈=θθR g v ?=θtan 0 (是内外轨对火车都无摩擦力的临界条件) ①当火车行驶速率V 等于V 0时，F 合=F 向，内外轨道对轮缘都没有侧压力 ②当火车行驶V 大于V 0时，F 合 龙源期刊网 https://www.360docs.net/doc/8a15106526.html, 浅谈高中物理矢量教学 作者：杨庆华 来源：《速读·上旬》2017年第06期 摘要：在高中物理教学中矢量贯穿始终，是高中物理的重点和难点之一。矢量教学需要 循序渐进，让同学们一步一步地厘清矢量概念，掌握矢量运算的法则，提高运用矢量规律分析解决问题的能力。 关键词：矢量；概念；运算法则；误区；应用 在高中物理教学中矢量贯穿始终：运动学中有位移、速度、加速度；力学中有力、动量、冲量；电磁学中有电场强度、磁感应强度等。矢量是高中物理的基础知识，用矢量规律分析解决问题是学生必备的能力。矢量作为高中物理的重点和难点之一，如何进行教学，笔者作了如下的尝试。 1矢量概念的教学 学生在初中物理学习中，没有接触过有方向的物理量，进入高中后，开始涉及矢量问题。让学生建构一个良好的矢量观，为以后的高中物理矢量学习打好基础，高一物理矢量概念的教学显得尤为重要。 在人教版《物理必修1》出现的第一个矢量是位移，教学中让学生结合生活实际理解位移的概念，然后比较矢量与标量的不同：在物理学中，像位移这样的物理量叫矢量，它既有大小又有方向；而温度、质量这些物理量叫标量，它们只有大小，没有方向。这样使学生对矢量有一个初步的认识，知道矢量的方向性。学习到的另一个矢量是速度，对速度和速率这两个概念应进行严格的区分，速度是矢量，既有大小，又有方向，而速率是不强调方向。进一步加深学生对矢量方向性的印象。 加速度是高中物理学习中最重要的概念之一，加速度是速度的变化量与发生这一变化所用时间的比值。要理解加速度的方向性，必须先理解速度变化量的方向性，加速度的方向与速度变化量的方向一致。所以在加速度的教学中，特别重视直线运动中加速度的方向与速度大小变化的讨论，进一步强调加速度是矢量，它不仅有大小，也有方向。 严谨的矢量概念安排在第三章——相互作用，力描述的是物理间的相互作用，力的概念很抽象，力的矢量运算较复杂。在学习到本章第四节——力的合成，可以得出完整的矢量概念：既有大小又有方向，运算时遵从平行四边形定则的物理量叫做矢量。至此矢量概念教学才算完成，学生也才会真正清楚什么是矢量。 2矢量运算法则的教学 学习资料收集于网络，仅供参考 高中物理模型汇总大全 模型组合讲解一一爆炸反冲模型 ［模型概述］ “爆炸反冲”模型是动量守恒的典型应用，其变迁形式也多种多样，如炮发炮弹中的化学能转化为机械能；弹簧两端将物块弹射将弹性势能转化为机械能；核衰变时将核能转化为动能等。 ［模型讲解］ 例?如图所示海岸炮将炮弹水平射出，炮身质量（不含炮弹）为M，每颗炮弹质量为m, 当炮身固定时，炮弹水平射程为s,那么当炮身不固定时，发射同样的炮弹，水平射程将是多少？ 解析：两次发射转化为动能的化学能E是相同的。第一次化学能全部转化为炮弹的动能；第二次化学能转化为炮弹和炮身的动能，而炮弹和炮身水平动量守恒，由动能和动量的关系 2 式E k二丄知，在动量大小相同的情况下，物体的动能和质量成反比，炮弹的动能 2m E, =-mv1 = E，E2 =1mvf M一E，由于平抛的射高相等，两次射程的比等于抛出时初 2 2 M +m 速度之比，即：处亠=.M，所以S2 M。 sv.YM+m *M+m 思考：有一辆炮车总质量为M，静止在水平光滑地面上，当把质量为平面成B角 发射出去，炮弹对地速度为v0，求炮车后退的速度。 提示：系统在水平面上不受外力，故水平方向动量守恒，炮弹对地的水平速度大小为 V o COSV，设炮车后退方向为正方向，则（M -m）v-mv o COSV - 0，v = mV ° C ° S M —m 评点：有时应用整体动量守恒，有时只应用某部分物体动量守恒，有时分过程多次应用动量守恒，有时抓住初、末状态动量即可，要善于选择系统，善于选择过程来研究。 ［模型要点］ 内力远大于外力，故系统动量守恒P i二p2，有其他形式的能单向转化为动能。所以“爆 m的炮弹沿着与水 高中物理模型组合２７讲（Word 下载）矢量运算模 型 ［模型概述］ 矢量及运确实是高中物理的重点和难点之一，常见的矢量有位移、速度、加速度、力、动量、电场强度、磁感应强度等，由于其运算贯穿整个中学物理，因此在进行模块讲解之前，我们有必要熟练把握矢量的运算规律。 ［模型讲解］ 例. 〔2005年安丘市统考〕 如图1所示，平行四边形ABCD 的两条对角线的交点为G 。在平行四边形内任取一点O ，作矢量OA 、OB 、OC 、OD ，那么这四个矢量所代表的四个共点力的合力等于〔 〕 图1 A. 4OG B. 2AB C. 4GB D. 2CB 解析：如图2所示，延长OG 至P ，使GP ＝OG ，连结PA 、PB 、PC 、PD ，得平行四边形AODP 和平行四边形COBP 。由力的平行四边形定那么明白，矢量OA 、OD 所代表的两个共点力F F A D 、的合力F AD 可用矢量OP 表示，即F OP OG AD ==2。 图2 同理，矢量OB 、OC 所代表的两个共点力F F B C 、的合力F BC 也可用矢量OP 表示，即F OP OG BC ==2。 从而，F F F F A B C D 、、、四个共点力的合力F F F OG AD BC =+=4。因此A 项正确。 评点：由于题中的O 点是任取的，各力的大小和方向无法确定，通过直截了当运算确信行不通。但考虑到平行四边形的对角线互相平分这一特点咨询题就解决了。事实上对该部分的考查往往是从专门的角度进行的，如θ＝0°，90°，120°，180°等。 总结：〔1〕当两分力F 1和F 2大小一定时，合力F 随着θ角的增大而减小。当两分力间 模型组合讲解——水平方向上的碰撞+弹簧模型 ［模型概述］ 在应用动量守恒、机械能守恒、功能关系和能量转化等规律考查学生的综合应用能力时，常有一类模型，就是有弹簧参与，因弹力做功的过程中弹力是个变力，并与动量、能量联系，所以分析解决这类问题时，要细致分析弹簧的动态过程，利用动能定理和功能关系等知识解题。 ［模型讲解］ 一、光滑水平面上的碰撞问题 例1. 在光滑水平地面上有两个相同的弹性小球A 、B ，质量都为m ，现B 球静止，A 球向B 球运动，发生正碰。已知碰撞过程中总机械能守恒，两球压缩最紧时的弹性势能为E P ，则碰前A 球的速度等于（ ） A. m E P B. m E P 2 C. m E P 2 D. m E P 22 解析：设碰前A 球的速度为v 0，两球压缩最紧时的速度为v ，根据动量守恒定律得出 mv mv 20=，由能量守恒定律得220 )2(21 21v m E mv P +=，联立解得m E v P 20=，所以正确选项为C 。 二、光滑水平面上有阻挡板参与的碰撞问题 例 2. 在原子核物理中，研究核子与核子关联的最有效途径是“双电荷交换反应”。这 类反应的前半部分过程和下述力学模型类似，两个小球A 和B 用轻质弹簧相连，在光滑的水平直轨道上处于静止状态，在它们左边有一垂直于轨道的固定挡板P ，右边有一小球C 沿轨道以速度v 0射向B 球，如图1所示，C 与B 发生碰撞并立即结成一个整体D ，在它们继续向左运动的过程中，当弹簧长度变到最短时，长度突然被锁定，不再改变，然后，A 球与挡板P 发生碰撞，碰后A 、D 都静止不动，A 与P 接触而不粘连，过一段时间，突然解除锁定（锁定及解除锁定均无机械能损失），已知A 、B 、C 三球的质量均为m 。 图1 （1）求弹簧长度刚被锁定后A 球的速度。 （2）求在A 球离开挡板P 之后的运动过程中，弹簧的最大弹性势能。 解析：（1）设C 球与B 球粘结成D 时，D 的速度为v 1，由动量守恒得1 0)(v m m mv +=当弹簧压至最短时，D 与A 的速度相等，设此速度为v 2，由动量守恒得2132mv mv =，由 矢量的基本知识和运算法则 1．矢量和标量的不同点在于：矢量除了有大小之外，还有方向，矢量A 记做A ，其大小等于A 矢量的图示：通常用一条带有箭头的线段来表示，（线段的长度表示大小，箭头表示方向）如图5－1所示。 两个矢量相等的条件是：大小相等，方向相同。如图5－2所示。两矢量的夹角定义为两矢量所构成的小于或等于1800的角。在一般问题中（除非特别指明），矢量的始点位置不关重要的，在进行矢量运算时可将矢量平移。 2．矢量的加减法运算遵从平行四边形法则或三角形法则。 对三个以上的矢量相加，通常使用多边形法则。 3．矢量A 与数量K 相乘时，其结果仍是一个矢量。所得矢量的大小等于原矢量大小乘以，所得矢量的方向：当K ＞0时，与原矢量方向相同；当K<0 时，与原矢量方向相反 如动量()mV 、冲量()F t ??都是矢量，其方向分别与矢量V 和F 矢量相同。动量的变化量()m V ?也是矢量，其方向与V ?相同。 矢量A 与数量K 相除，可以看成A 矢量乘以数量 1K ，如加速度1F a F m m ==?，方向与F 相同。 4．矢量A 与矢量B 相乘 一种乘法叫做两矢量的数量积（又叫点积），用AB ?表示，乘得的积是标量，大小等于两矢量的大小与两矢量夹角余弦的积。即：c o s A B A B θ?=。如：功是力F 与位移S 的数量积，是标量。c o s W F S F S θ=?= 另一种乘法运算是两矢量的矢量积（又叫叉积），用A B ?表示，矢量积A B C ?=还是一个矢量，其大小等于两矢量的大小和两矢量夹角的正弦的乘积。sin C A B θ=?，即矢量C 的大小等于两矢量A 和B 为邻边的平行四边形的面积，矢量C 的方向垂直于矢量A 和B 所决定的平面，指向用“右手螺旋法则”来确定，如图5－5（甲）或（乙）所示。 A B B A ?≠?，A B ?与B A ?大小相等，方向相反。 如力矩M 等于力F 和矢径r 两矢量的矢量积，力矩M r F =?，大小为sin M Fr θ=。带电粒子所受的磁场力（即洛仑兹力）F qV B =?，大小为sin F q vB θ=?（若是负电荷受力方向与此相反） 例5－1为什么说匀速园周运动既不是匀速运动，也不是匀变速运动？物体在运动过程中合外力是否做功？ 解：因为速度和加速度都是矢量，在图5－6所示的圆周上任意取两点A 、B ，虽然,A B A B v v a a ==，但方向不同，由矢量相等的条件可知：A B v v ≠，A B a a ≠，因此匀速园周运动既不是匀速运动，也不是匀变速运动。 沪科版高中物理必修一第2讲《区分矢量与标量，理解位移与路 程》教案 高中阶段的物理量分为两类：一类是有大小、有方向的物理量，称为矢量；另一类是有大小、没有方向的物理量，称为标量．两类物理量在表达、运算、比较等方面都是不同的．1．矢量和标量 (1)矢量：既有大小又有方向的物理量．如：力、速度、位移等． ①矢量可以用带箭头的线段表示，线段的长度表示矢量的大小，箭头的指向表示矢量的方向． ②同一直线上的矢量，可用正、负表示方向．若矢量与规定的正方向相同，则为正；若矢量与规定的正方向相反，则为负． (2)标量：只有大小没有方向的物理量．如：长度、质量、温度等． ①有些标量也带正、负号，但标量的正、负号与矢量的正、负号意义是不同的，它不表示方向．对于不同的标量，正、负号的意义也是不同的，如：温度的正、负表示比零摄氏度高还是低，电荷量的正、负表示是正电荷还是负电荷． ②标量的运算遵从算术法则． (3)大小比较：①比较两个矢量大小时比较其绝对值即可；②比较两个标量大小时，需比较其代数值． 2．位移和路程 (1)位移：表示质点位置变化的物理量，是由初位置指向末位置的有向线段．线段的长度表示位移的大小，有向线段的指向表示位移的方向． (2)路程：物体运动轨迹的长度，它不表示质点位置的变化． 路程和位移的比较： 才等于路程．因此，质点运动过程中的位移大小总是小于或等于路程 对点例题 某学生参加课外体育活动，他在一个半径为R 的圆形跑道上跑步，从O 点沿圆形跑道逆时针方向跑了4.75圈到达A 点，求它通过的位移和路程． 思路点拨 位移是矢量，求某一过程的位移，既要求出大小，还要标明方向．描述物体在平面内的曲线运动时，需要建立平面直角坐标系．当物体做曲线运动时，其位移的大小与路程是不相等的，且路程大于位移的大小． 解题指导 如图所示，有向线段OA 即为该学生通过的位移 s ＝R 2＋R 2＝2R ，位移方向与x 轴的夹角为φ＝45°. 通过的路程为L ＝4×2πR ＋34×2πR ＝192 πR . 答案 见解题指导 技巧归纳 解运动学问题时，画出运动示意图可帮助分析问题，特别是运动过程较复杂时，运动示意图可使运动过程清晰．此外，对于定量计算的问题，若是直线运动，就画直线坐标系；若是曲线运动，就画平面直角坐标系，并将运动的轨迹在坐标系上画出． 如图1所示，一边长为10 cm 的实心立方体木块，一只昆虫从A 点爬到G 点．求： 图1 (1)该昆虫的位移； (2)该昆虫的最短路程． 答案 (1)10 3 cm ，方向由A 指向G (2)10 5 cm 解析 (1)昆虫的位移为A 指向G 的有向线段，大小为10 3 cm ，方向由A 指向G 高中物理模型组合２７讲（Word 下载）人船模型 ［模型概述］ 〝人船〞模型极其应用如一人〔物〕在船〔木板〕上，或两人〔物〕在船〔木板〕上等，在近几年的高考中极为常见，分值高，区分度大，假如我们在解题中按照模型观点处理，以每题分布给分的情形来看依旧能够得到相当的分数。 ［模型讲解］ 例. 如图1所示，长为L 、质量为M 的小船停在静水中，质量为m 的人从静止开始从船头走到船尾，不计水的阻力，求船和人对地面的位移各为多少？ 图1 解析：以人和船组成的系统为研究对象，在人由船头走到船尾的过程中，系统在水平方向不受外力作用，因此整个系统在水平方向动量守恒。当人起步加速前进时，船同时向后做加速运动；人匀速运动，那么船匀速运动；当人停下来时，船也停下来。设某时刻人对地的速度为v ，船对地的速度为v'，取人行进的方向为正方向，依照动量守恒定律有：0'=-Mv mv ，即M m v v =' 因为人由船头走到船尾的过程中，每一时刻都满足动量守恒定律，因此每一时刻人的速度与船的速度之比，都与它们的质量之比成反比。因此人由船头走到船尾的过程中，人的平 均速度v 与船的平均速度v 也与它们的质量成反比，即 M m v v =，而人的位移t v s =人，船的位移t v s =船，因此船的位移与人的位移也与它们的质量成反比，即><=1M m s s 人船 <1>式是〝人船模型〞的位移与质量的关系，此式的适用条件：原先处于静止状态的系统，在系统发生相对运动的过程中，某一个方向的动量守恒。由图1能够看出：><=+2L s s 人船 由<1><2>两式解得L m M m s L m M M s +=+= 船人， ［模型要点］ 动力学规律：由于组成系统的两物体受到大小相同、方向相反的一对力，故两物体速度大小与质量成反比，方向相反。这类咨询题的特点：两物体同时运动，同时停止。 动量与能量规律：由于系统不受外力作用，故而遵从动量守恒定律，又由于相互作用力 高中物理的数学基础——矢量篇（其一）百度贴吧高中物理吧@浪漫主义学派 2020年2月8日 1绪论 物理学中有各种物理量，像质量、密度、能量、温度、压强等，在选定单位后仅需用一个数字来表示其大小，这类物理量叫做标量；而像位移、速度、加速度、动量、力、力矩等，除数量的大小外还具有一定的方向，这类物理量叫做矢量。人教版高中物理教科书早在必修一便讲述了位移、速度等矢量，但却没有详细论述这个数学概念的始末。高中数学教材虽然比较充分地做了这些工作，但大部分同学直到高中二年级才有机会一览其面目。余是以为此文，以期不使矢量成为众人之拦路虎也。 余在此不打算引入过多的物理背景来介绍这个概念，亦不希望大家被纷繁芜杂的数学公式绕晕。余愿力求每一个高一新生都看得懂此文。所以我在参考其他教材的基础上，将矢量的相关知识点进行降维处理。另一方面，本文也要拓展一些高中数学教材上不曾讲过之物，如矢量的外积等。本人才疏学浅，难免有错漏或不宜之处，还请各路大神斧正。 本文中大量知识点被放在练习题的位置上，读者请务必认真对待练习题，勿浪费练习之神奇效用。 2矢量及其相关定义 数学上，既有大小又有方向的量被称为矢量（或向量）。我们常常用一条有方向的线段，即有向线段来表示矢量。 图1表示的是以A 点为起点，以B 点为终点的有向线段，其可代表一 个矢量，记作?→AB 。有时也可以用一个带箭头的字母来表示一个矢量，例 如 v 。有些打印稿也使用粗体字母来表示矢量，例如v ，其意义与 v 相同。 但需要注意的是，使用描粗英文字母的方法手写向量是不规范的行为，应 改用标于其上的箭头。其中，有向线段的长度表示矢量的大小，箭头的方 向表示矢量的方向。 图1:矢量?→AB 如果两个矢量a 和b 的长度相等且方向相同，我们就说这两个矢量是相等的，记作a =b 。 也就是说，经过平行移动后能完全重合的矢量是相等的。矢量的大小叫做矢量的模，用绝对值符号来表示。如矢量?→AB 的模记作|?→ AB |。模等于单位长度的矢量叫做单位矢量。模等于0的矢量叫做零矢量，也记作0或 0。此时可见矢量符号非常重要，如果省略则意义完全改变。由于零矢量的起点与终点重合，所以它的方向可以看作任意的。 现在我们来考虑两个矢量之间的夹角。对于两个矢量a 和b 而 言，我们总是可以通过平移的操作使它们的起点重合，如图2所示。 此时图示的角φ即为两个矢量之间的夹角，并记为?(a ,b )。我们规 定0?≤φ≤180?。当两个矢量方向完全相同时，它们的夹角为0?。 当两个矢量方向完全相反时，它们的夹角为180?。若两个矢量同向 或者反向，我们称这两个矢量平行。若两个矢量间的夹角等于90?， 我们称这两个矢量垂直。图2:矢量a 和b 之间的夹角零矢量是个特殊的矢量。由于零矢量的方向任意，所以零矢量和任意矢量的夹角大小均可以在0?到180?间任意取值。可以认为，零矢量与任意其他向量平行，也可以认为零矢量与任意 模型组合讲解——水平方向的圆盘模型 ［模型概述］ 水平方向上的“圆盘”模型大多围绕着物体与圆盘间的最大静摩擦力为中心展开的，因此最大静摩擦力的判断对物体临界状态起着关键性的作用。 ［模型讲解］ 例1. 如图1所示，水平转盘上放有质量为m 的物块，当物块到转轴的距离为r 时，连接物块和转轴的绳刚好被拉直（绳上张力为零）。物体和转盘间最大静摩擦力是其正压力的μ倍，求： 图1 （1）当转盘的角速度ωμ12= g r 时，细绳的拉力F T 1。 （2）当转盘的角速度ωμ232=g r 时，细绳的拉力F T 2。 解析：设转动过程中物体与盘间恰好达到最大静摩擦力时转动的角速度为ω0，则μωmg m r =02，解得ωμ0= g r 。 （1）因为ωμω102= 图2 （1）当圆盘转动的角速度ω0为多少时，细线上开始出现张力？ （2）欲使A 、B 与盘面间不发生相对滑动，则圆盘转动的最大角速度为多大？（g m s =102 /） 解析：（1）ω较小时，A 、B 均由静摩擦力充当向心力，ω增大，F m r =ω2可知，它们受到的静摩擦力也增大，而r r 12>，所以A 受到的静摩擦力先达到最大值。ω再增大，AB 间绳子开始受到拉力。 由F m r fm =1022ω，得： ω011111 055===F m r m g m r rad s fm ./ （2）ω达到ω0后，ω再增加，B 增大的向心力靠增加拉力及摩擦力共同来提供，A 增大的向心力靠增加拉力来提供，由于A 增大的向心力超过B 增加的向心力，ω再增加，B 所受摩擦力逐渐减小，直到为零，如ω再增加，B 所受的摩擦力就反向，直到达最大静摩擦力。如ω再增加，就不能维持匀速圆周运动了，A 、B 就在圆盘上滑动起来。设此时角速度为ω1，绳中张力为F T ，对A 、B 受力分析： 对A 有F F m r fm T 1112 1+=ω 对B 有F F m r T fm -=22122ω 联立解得： ω112112252707= +-==F F m r m r rad s rad s fm fm /./ ［模型要点］ 水平方向上的圆盘转动时，物体与圆盘间分为有绳与无绳两种，对无绳情况向心力是由“圆盘”对物体的静摩擦力提供，对有绳情况考虑向心力时要注意临界问题。若F F m 需摩≤，物体做圆周运动，有绳与无绳一样；若F F m 需摩>，无绳物体将向远离圆心的方向运动；有绳拉力将起作用。 ［模型演练］ 如图3所示，两个相同材料制成的靠摩擦传动的轮A 和轮B 水平放置，两轮半径R R A B =2，当主动轮A 匀速转动时，在A 轮边缘上放置的小木块恰能相对静止在A 轮边缘上。若将小木块放在B 轮上，欲使木块相对B 轮也静止，则木块距B 轮转轴的最大距离 高中物理模型组合讲解 等效场模型 蔡才福 ［模型概述］ 复合场是高中物理中的热点问题，常见的有重力场与电场、重力场与磁场、重力场与电磁场等等，对复合场问题的处理过程其实就是一种物理思维方法。所以在复习时我们也将此作为一种模型讲解。 ［模型讲解］ 例1. 粗细均匀的U 形管内装有某种液体，开始静止在水平面上，如图1所示，已知： L=10cm ，当此U 形管以4m/s 2的加速度水平向右运动时，求两竖直管内液面的高度差。 （2/10s m g =） 图1 解析：当U 形管向右加速运动时，可把液体当做放在等效重力场中，'g 的方向是等效重力场的竖直方向，这时两边的液面应与等效重力场的水平方向平行，即与'g 方向垂直。 设'g 的方向与g 的方向之间夹角为α，则4.0tan == g a α 由图可知液面与水平方向的夹角为α，所以， m cm cm L h 04.044.010tan ==?=?=?α 例2. 如图2所示，一条长为L 的细线上端固定，下端拴一个质量为m 的带电小球，将它置于一方向水平向右，场强为正的匀强电场中，已知当细线离开竖直位置偏角α时，小球处于平衡状态。 图2 （1）若使细线的偏角由α增大到?，然后将小球由静止释放。则?应为多大，才能使细线到达竖直位置时小球的速度刚好为零？ （2）若α角很小，那么（1）问中带电小球由静止释放在到达竖直位置需多少时间？ 解析：带电小球在空间同时受到重力和电场力的作用，这两个力都是恒力，故不妨将两个力合成，并称合力为“等效重力”，“等效重力”的大小为： αcos )()(22mg Eq mg = +，令'cos mg mg =α 这里的α cos 'g g =可称为“等效重力加速度”，方向与竖直方向成α角，如图3所示。这样一个“等效重力场”可代替原来的重力场和静电场。 图3 （1）在“等效重力场”中，观察者认为从A 点由静止开始摆至B 点的速度为零。根据重力场中单摆摆动的特点，可知α?2=。 （2）若α角很小，则在等效重力场中，单摆的摆动周期为g L g L T αππ cos 2'2==，从A →B 的时间为单摆做简谐运动的半周期。 即g L T t απcos 2==。 思考：若将小球向左上方提起，使摆线呈水平状态，然后由静止释放，则小球下摆过程中在哪一点的速率最大？最大速率为多大？它摆向右侧时最大偏角为多大？ 点评：本题由于引入了“等效重力场”的概念，就把重力场和电场两个场相复合的问题简化为只有一个场的问题。从而将重力场中的相关规律有效地迁移过来。值得指出的是，由于重力场和电场都是匀强场，即电荷在空间各处受到的重力及电场力都是恒力，所以，上述等效是允许且具有意义的，如果电场不是匀强电场或换成匀强磁场，则不能进行如上的等效变换，这也是应该引起注意的。 巩固小结：通过以上例题的分析，带电粒子在电场中的运动问题，实质是力学问题，其解题的一般步骤仍然为：确定研究对象；进行受力分析（注意重力是否能忽略）；根据粒子的运动情况，运用牛顿运动定律、动能定理或能量关系、动量定理与动量守恒定律列出方程式求解。 ［模型要点］ 物体仅在重力场中运动是最简单，也是学生最为熟悉的运动类型，但是物体在复合场中的运动又是我们在综合性试题中经常遇到的问题，如果我们能化“复合场”为“重力场”，不仅能起到“柳暗花明”的效果，同时也是一种思想的体现。如何实现这一思想方法呢？ 【最新整理，下载后即可编辑】 一.行星模型 ［模型概述］ 所谓“行星”模型指卫星绕中心天体，或核外电子绕原子旋转。它们隶属圆周运动，但涉及到力、电、能知识，属于每年高考必考内容。 ［模型要点］ 人造卫星的运动属于宏观现象，氢原子中电子的运动属于微观现象，由于支配卫星和电子运动的力遵循平方反比律，即21F r ∝ ，故它们在物理模型上和运动规律的描述上有相似点。 一. 线速度与轨道半径的关系 设地球的质量为M ，卫星质量为m ，卫星在半径为r 的轨道上运行，其线速度为v ，可知22GMm v m r r =，从而v =设质量为'm 、带电量为e 的电子在第n 条可能轨道上运动，其线速度大小为v ，则有222n n ke v m r r =，从而1v v =∝即 可见，卫星或电子的线速度都与轨道半径的平方根成反比 二. 动能与轨道半径的关系 卫星运动的动能，由22GMm v m r r =得12k k GMm E E r r =∝即，氢原子核外电子运 动的动能为：21 2k k n n ke E E r r =∝即，可见，在这两类现象中，卫星与电子的动能 都与轨道半径成反比 三. 运动周期与轨道半径的关系 对卫星而言，212224m m G mr r T π=，得232234,r T T r GM π=∝即.(同理可推导V 、a 与 半径的关系。对电子仍适用) 四. 能量与轨道半径的关系 运动物体能量等于其动能与势能之和，即k p E E E =+，在变轨问题中， 从离地球较远轨道向离地球较近轨道运动，万有引力做正功，势能减少，动能增大，总能量减少。反之呢? 五. 地球同步卫星 1. 地球同步卫星的轨道平面：非同步人造地球卫星其轨道平面可与地轴有任意夹角且过地心，而同步卫星一定位于赤道的正上方 2. 地球同步卫星的周期：地球同步卫星的运转周期与地球自转周期相同。 3. 地球同步卫星的轨道半径：据牛顿第二定律 有2002,GMm m r r r ωω==得与地球自转角速度相同，所以地球同步卫星的轨道半径一定,其离地面高度也是一定的 4. 地球同步卫星的线速度：为定值，绕行方向与地球自转方向相同 ［误区点拨］ 天体运动问题：人造卫星的轨道半径与中心天体半径的区别；人造卫星的发射速度和运行速度；卫星的稳定运行和变轨运动；赤道上的物体与近地卫星的区别；卫星与同步卫星的区别 人造地球卫星的发射速度是指把卫星从地球上发射出去的速度，速度越大，发射得越远，发射的最小速度，混淆连续物和卫星群：连续物是指和天体连在一起的物体，其角速度和天体相同，双星系统中的向心力中的距离与圆周运动中的距离的差别 二.等效场模型 ［模型概述］ 复合场是高中物理中的热点问题，常见的有重力场与电场、重力场与 第2点区分矢量与标量，理解位移与路程 高中阶段的物理量分为两类：一类是有大小、有方向的物理量，称为矢量；另一类是有大小、没有方向的物理量，称为标量．两类物理量在表达、运算、比较等方面都是不同的． 1．矢量和标量 (1)矢量：既有大小又有方向的物理量．如：力、速度、位移等． ①矢量可以用带箭头的线段表示，线段的长度表示矢量的大小，箭头的指向表示矢量的方向． ②同一直线上的矢量，可用正、负表示方向．若矢量与规定的正方向相同，则为正；若矢量与规定的正方向相反，则为负． (2)标量：只有大小没有方向的物理量．如：长度、质量、温度等． ①有些标量也带正、负号，但标量的正、负号与矢量的正、负号意义是不同的，它不表示方向．对于不同的标量，正、负号的意义也是不同的，如：温度的正、负表示比零摄氏度高还是低，电荷量的正、负表示是正电荷还是负电荷． ②标量的运算遵从算术法则． (3)大小比较：①比较两个矢量大小时比较其绝对值即可；②比较两个标量大小时，需比较其代数值． 2．位移和路程 (1)位移：表示质点位置变化的物理量，是由初位置指向末位置的有向线段．线段的长度表示位移的大小，有向线段的指向表示位移的方向． (2)路程：物体运动轨迹的长度，它不表示质点位置的变化． 路程和位移的比较： 路程位移 区 别 描述质点实际运动轨迹的长度描述质点位置的变化 有大小，无方向既有大小，又有方向 与质点的运动路径有关与质点的运动路径无关，只由初、末位置决定 联 系 都是描述质点运动的空间特征 都与一段时间相关，是过程量 一般来说，位移的大小不等于路程，只有质点做单向直线运动时，位移的大小 才等于路程．因此，质点运动过程中的位移大小总是小于或等于路程 对点例题某学生参加课外体育活动，他在一个半径为R的圆形跑道上跑步，从O点沿圆形跑道逆时针方向跑了4.75圈到达A点，求它通过的位移和路程． 思路点拨位移是矢量，求某一过程的位移，既要求出大小，还要标明方向．描述物体在平浅谈高中物理矢量教学
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