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動問題
題型概述：
帶電粒子在電場中的運動問題本質上是一個綜合了電場力、電勢能的力學問題，研究方法與質點動力學一樣，同樣遵循運動的合成與分解、牛頓運動定律、功能關系等力學規(guī)律，高考中既有選擇題，也有綜合性較強的計算題。
思維模板：
(1)處理帶電粒子在電場中的運動問題應從兩種思路著手
?、賱恿W思路：重視帶電粒子的受力分析和運動過程分析，然后運用牛頓第二定律并結合運動學規(guī)律求出位移、速度等物理量。
?、诠δ芩悸罚焊鶕?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)全過程的功能關系，確定粒子的運動情況(使用中優(yōu)先選擇)。
(2)處理帶電粒子在電場中的運動問題應注意是否考慮粒子的重力
①質子、α粒子、電子、離子等微觀粒子一般不計重力;
?、谝旱巍m埃、小球等宏觀帶電粒子一般考慮重力;
③特殊情況要視具體情況，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動問題應注意畫好粒子運動軌跡示意圖，在畫圖的基礎上運用幾何知識尋找關系往往是解題的突破口。
題型12 帶電粒子在磁場中的運動問題
題型概述：
帶電粒子在磁場中的運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，也有綜合性較強的計算題且難度較大，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動的運動學量(半徑、速度、時間、周期等)的考查;
(2)突出對概念的深層次理解及與力學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際生活中的應用的考查，以對思維能力和理論聯(lián)系實際能力的考查為主。
思維模板：
在處理此類運動問題時，著重把握“一找圓心，二找半徑(R=mv/Bq)，三找周期(T=2πm/Bq)或時間”的分析方法。
(1)圓心的確定：因為洛倫茲力f指向圓心，根據(jù)f⊥v，畫出粒子運動軌跡中任意兩點(一般是射入和射出磁場的兩點)的f的方向，沿兩個洛倫茲力f作出其延長線的交點即為圓心。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)半徑的確定和計算：利用平面幾何關系，求出該圓的半徑(或運動圓弧對應的圓心角)，并注意利用一個重要的幾何特點，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)運動時間的確定：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 帶電粒子在復合場中運動問題
題型概述：
帶電粒子在復合場中的運動是高考的熱點和重點之一，主要有下面所述的三種情況：
(1)帶電粒子在組合場中的運動：在勻強電場中，若初速度與電場線平行，做勻變速直線運動;若初速度與電場線垂直，則做類平拋運動;帶電粒子垂直進入勻強磁場中，在洛倫茲力作用下做勻速圓周運動。
(2)帶電粒子在疊加場中的運動：在疊加場中所受合力為0時做勻速直線運動或靜止;當合外力與運動方向在一直線上時做變速直線運動;當合外力充當向心力時做勻速圓周運動。
(3)帶電粒子在變化電場或磁場中的運動：變化的電場或磁場往往具有周期性，同時受力也有其特殊性，常常其中兩個力平衡，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動。
思維模板：分析帶電粒子在復合場中的運動，應仔細分析物體的運動過程、受力情況，注意電場力、重力與洛倫茲力間大小和方向的關系及它們的特點(重力、電場力做功與路徑無關，洛倫茲力永遠不做功)，然后運用規(guī)律求解，主要有兩條思路：
(1)力和運動的關系：根據(jù)帶電粒子的受力情況，運用牛頓第二定律并結合運動學規(guī)律求解。
(2)功能關系：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系解決問題。
題型14 以電路為核心的綜合應用問題
題型概述：
該題型是高考的重點和熱點，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、電學實驗等方面.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，分析電路中某一電阻變化而引起整個電路中各部分電流、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，短路的特點是有電流通過，但電壓為零，而斷路的特點是電壓不為零，但電流為零，常根據(jù)短路及斷路特點用儀器進行檢測，也可將整個電路分成若干部分，逐一假設某部分電路發(fā)生某種故障，運用閉合電路或部分電路歐姆定律進行推理。
(3)導體的伏安特性曲線反映的是導體的電壓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系，若電阻隨溫度發(fā)生變化，電流與電壓成非線性關系，此時曲線某點的切線斜率與該點對應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阻。
題型15 以電磁感應為核心的綜合應用
題型概述：
此題型主要涉及四種綜合問題
(1)動力學問題：力和運動的關系問題，其聯(lián)系橋梁是磁場對感應電流的安培力。
(2)電路問題：電磁感應中切割磁感線的導體或磁通量發(fā)生變化的回路將產(chǎn)生感應電動勢，該導體或回路就相當于電源,這樣，電磁感應的電路問題就涉及電路的分析與計算。
(3)圖像問題：一般可分為兩類：
一是由給定的電磁感應過程選出或畫出相應的物理量的函數(shù)圖像;
二是由給定的有關物理圖像分析電磁感應過程，確定相關物理量。
(4)能量問題：電磁感應的過程是能量的轉化與守恒的過程，產(chǎn)生感應電流的過程是外力做功，把機械能或其他形式的能轉化為電能的過程;感應電流在電路中受到安培力作用或通過電阻發(fā)熱把電能轉化為機械能或電阻的內能等。
思維模板：解決這四種問題的基本思路如下
(1)動力學問題：根據(jù)法拉第電磁感應定律求出感應電動勢，然后由閉合電路歐姆定律求出感應電流，根據(jù)楞次定律或右手定則判斷感應電流的方向，進而求出安培力的大小和方向，再分析研究導體的受力情況，最后根據(jù)牛頓第二定律或運動學公式列出動力學方程或平衡方程求解。
(2)電路問題：明確電磁感應中的等效電路，根據(jù)法拉第電磁感應定律和楞次定律求出感應電動勢的大小和方向，最后運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：綜合運用法拉第電磁感應定律、楞次定律、左手定則、右手定則、安培定則等規(guī)律來分析相關物理量間的函數(shù)關系，確定其大小和方向及在坐標系中的范圍，同時注意斜率的物理意義。
(4)能量問題：應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 電學實驗中電阻的測量問題
題型概述：
該題型是高考實驗的重中之重，每年必有命題，可以說高考每年所考的電學實驗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阻，還可以是測量電源的內阻等。
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。
物理電磁學和交變電流知識
1.若一條直線上有三個點電荷，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.勻強電場中，任意兩點連線中點的電勢等于這兩點的電勢的平均值。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，場強不變。
5.兩電流相互平行時無轉動趨勢，同向電流相互吸引，異向電流相互排斥;兩電流不平行時，有轉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做圓周運動的周期與粒子的速率、半徑無關，僅與粒子的質量、電荷和磁感應強度有關。
7.帶電粒子在有界磁場中做圓周運動
(1)速度偏轉角等于掃過的圓心角;
(2)幾個出射方向：
?、倭Ｗ訌哪骋恢本€邊界射入磁場后又從該邊界飛出時，速度與邊界的夾角相等。
②在圓形磁場區(qū)域內，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)運動的時間：軌跡對應的圓心角越大，帶電粒子在磁場中的運動時間就越長，與粒子速度的大小無關。
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，當電場力和磁場力方向相反且滿足v=E/B時，帶電粒子做勻速直線運動(被選擇)與帶電粒子的帶電量大小、正負無關，但改變v、B、E中的任意一個量時，粒子將發(fā)生偏轉。
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)粒子做勻速圓周運動的最大半徑等于D形盒的半徑。
(3)在粒子的質量、電量確定的情況下，粒子所能達到的最大動能只與D形盒的半徑和磁感應強度有關，與加速器的電壓無關(電壓只決定了回旋次數(shù))。
(4)將帶電粒子：在兩盒之間的運動首尾相連起來是一個初速度為零的勻加速直線運動，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，帶電粒子在復合場中三個場力(電場力、洛倫茲力、重力)作用下的直線運動必為勻速直線運動;若為勻速圓周運動則必有電場力和重力等大、反向。
11.在閉合電路中，當外電路的任何一個電阻增大(或減小)時，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，則當兩支路電阻相等時，并聯(lián)總電阻最大;當兩支路電阻相差最大時，并聯(lián)總電阻最小。
14.電源的輸出功率隨外電阻變化，當內外電阻相等時，電源的輸出功率最大，且最大值Pm=E2/4r。
15.導體棒圍繞棒的一端在垂直磁場的平面內做勻速圓周運動而切割磁感線產(chǎn)生的電動勢E=BL2ω/2。
16.在變加速運動中，當物體的加速度為零時，物體的速度達到最大或最小——常用于導體棒的動態(tài)分析。
17.安培力做多少正功，就有多少電能轉化為其他形式的能量;安培力做多少負功，就有多少其他形式的能量轉化為電能，這些電能在通過純電阻電路時，又會通過電流做功將電能轉化為內能。
18.在Φ-t圖像(或回路面積不變時的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極。
19.交流電的產(chǎn)生：計算感應電動勢的最大值用Em=nBSω;計算某一段時間內的感應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倍的關系。對于其他的交流電，需根據(jù)電流的熱效應來確定有效值。
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