高考物理三輪沖刺專題10等效替代法(含解析)

⑦得SKIPIF1<0對AB、CD棒整體，撤去外力后由動量定理得;SKIPIF1<0得:SKIPIF1<0【點評與總結(jié)】本題中的第二題AB、CD導(dǎo)體棒都在切割運動，可以由法拉第電磁感應(yīng)定律推導(dǎo)出電動勢的表達(dá)式;回路中的電流是反向的，也可以等效處理為電源反接，SKIPIF1<0免除推導(dǎo)過程顯得簡潔。第三題整體法與隔離法都可以解答，但是整體法可以避免安培力作用，因為安培力是變力，顯得麻煩。針對訓(xùn)練4.為了測定氣墊導(dǎo)軌上滑塊的加速度，滑塊安裝了寬度為3.0cm的遮光板，滑塊在牽引力作用下先后通過兩個光電門，配套的數(shù)字毫秒計記錄了遮光板通過第一個光電門的時間為SKIPIF1<0。通過第二個光電門的時間為SKIPIF1<0。遮光板從開始遮住第一個光電門到開始遮住第二個光電門的時間為SKIPIF1<0，求滑塊的加速度?！窘馕觥糠椒ㄒ唬旱谝粋€光電門至第二個光電門的距離為SKIPIF1<0，遮光板開始遮住第一個光電門的速度為SKIPIF1<0，所求的加速度為SKIPIF1<0。則：滑塊上的遮光板通過第一個光電門的過程中SKIPIF1<0=1\*GB3①滑塊上的遮光板從開始遮住第一個光電門到開始遮住第二個光電門的過程中SKIPIF1<0=2\*GB3②滑塊上的遮光板從開始遮住第一個光電門到剛穿過第二個光電門的過程中SKIPIF1<0=3\*GB3③=1\*GB3①=2\*GB3②=3\*GB3③解得：SKIPIF1<0代入數(shù)據(jù)得：SKIPIF1<0【解析】方法二：滑塊的寬度SKIPIF1<0，滑塊上的光電門開始遮住第一個光電門的瞬時速度可近似認(rèn)為遮光板通過第一個光電門的平均速度：SKIPIF1<0同理，滑塊上的遮光板開始遮住第二個光電門的瞬時速度SKIPIF1<0則加速度為：SKIPIF1<0代入數(shù)據(jù)得：SKIPIF1<0【點評與總結(jié)】本題的的模型一解題方法較為精確，模型二解題方法有近似處理，因為誤差很小，且物理模型簡潔，解題方法簡單，一般用第二種方法來解題。典例5.（19年全國2卷）一質(zhì)量為m=2000kg的汽車以某一速度在平直公路上勻速行駛。行駛過程中，司機(jī)忽然發(fā)現(xiàn)前方100m處有一警示牌。立即剎車。剎車過程中，汽車所受阻力大小隨時間變化可簡化為圖（a）中的圖線。圖（a）中，0~t1時間段為從司機(jī)發(fā)現(xiàn)警示牌到采取措施的反應(yīng)時間（這段時間內(nèi)汽車所受阻力已忽略，汽車仍保持勻速行駛），t1=0.8s；t1~t2時間段為剎車系統(tǒng)的啟動時間，t2=1.3s；從t2時刻開始汽車的剎車系統(tǒng)穩(wěn)定工作，直至汽車停止，已知從t2時刻開始，汽車第1s內(nèi)的位移為24m，第4s內(nèi)的位移為1m。（1）在圖（b）中定性畫出從司機(jī)發(fā)現(xiàn)警示牌到剎車系統(tǒng)穩(wěn)定工作后汽車運動的v-t圖線；（2）求t2時刻汽車的速度大小及此后的加速度大??；（3）求剎車前汽車勻速行駛時的速度大小及t1~t2時間內(nèi)汽車克服阻力做的功；司機(jī)發(fā)現(xiàn)警示牌到汽車停止，汽車行駛的距離約為多少（以t1~t2時間段始末速度的算術(shù)平均值替代這段時間內(nèi)汽車的平均速度）？【答案】（1）（2）SKIPIF1<0，28m/s（3）30m/s；SKIPIF1<0；87.5m【解析】1）v-t圖像如圖所示。（2）設(shè)剎車前汽車勻速行駛時的速度大小為v1，則t1時刻的速度也為v1，t2時刻的速度也為v2，在t2時刻后汽車做勻減速運動，設(shè)其加速度大小為a，取Δt=1s，設(shè)汽車在t2+n-1Δt內(nèi)的位移為sn，n=1,2,3,…。若汽車在t2+3Δt~t2+4Δt時間內(nèi)未停止，設(shè)它在t2+3Δt時刻的速度為v3，在t2+4Δt時刻的速度為v4，由運動學(xué)有SKIPIF1<0①SKIPIF1<0②SKIPIF1<0③聯(lián)立①②③式，代入已知數(shù)據(jù)解得SKIPIF1<0④這說明在t2+4Δt時刻前，汽車已經(jīng)停止。因此，①式不成立。由于在t2+3Δt~t2+4Δt內(nèi)汽車停止，由運動學(xué)公式SKIPIF1<0⑤SKIPIF1<0⑥聯(lián)立②⑤⑥，代入已知數(shù)據(jù)解得SKIPIF1<0，v2=28m/s⑦或者SKIPIF1<0，v2=29.76m/s⑧第二種情形下v3小于零，不符合條件，故舍去（3）設(shè)汽車的剎車系統(tǒng)穩(wěn)定工作時，汽車所受阻力的大小為f1，由牛頓定律有：f1=ma⑨在t1~t2時間內(nèi)，阻力對汽車沖量大小為：SKIPIF1<0⑩由動量定理有：SKIPIF1<0?由動能定理，在t1~t2時間內(nèi)，汽車克服阻力做的功為：SKIPIF1<0?聯(lián)立⑦⑨⑩??式，代入已知數(shù)據(jù)解得v1=30m/s?SKIPIF1<0?從司機(jī)發(fā)現(xiàn)警示牌到汽車停止，汽車行駛的距離s約為SKIPIF1<0?聯(lián)立⑦??，代入已知數(shù)據(jù)解得s=87.5m?點評與深化：在t1~t2時間內(nèi)汽車的加速度變化非常小，把汽車減速運動看作勻減速直線運動，對其運動模型進(jìn)行近似處理。其位移。如果考慮到加速度變化，也可以精確求出這段時間的位移。在t2時刻以后，摩擦力達(dá)到恒定，SKIPIF1<0=1\*GB3①在t1~t2時間內(nèi)SKIPIF1<0=2\*GB3②=1\*GB3①=2\*GB3②得：SKIPIF1<0在t1~t2時間內(nèi)SKIPIF1<0令SKIPIF1<0，SKIPIF1<0=3\*GB3③=4\*GB3④SKIPIF1<0=4\*GB3④=3\*GB3③=4\*GB3④得：SKIPIF1<0=5\*GB3⑤SKIPIF1<0=6\*GB3⑥SKIPIF1<0=7\*GB3⑦=6\*GB3⑥=7\*GB3⑦得：SKIPIF1<0=8\*GB3⑧SKIPIF1<0=9\*GB3⑨=8\*GB3⑧=9\*GB3⑨得：SKIPIF1<0精確值與近似值相差0.2m，相對誤差SKIPIF1<0，精確值與近似值非常接近，這就是命題專家把汽車在t1~t2時間內(nèi)減速運動看作勻減速直線運動的原因?！军c評與總結(jié)】第三問中t1~t2時間內(nèi)位移用近似的解題方法較為簡潔，如果用積分法極不容易理解，又比較復(fù)雜，因此選用什么方法一目了然。針對訓(xùn)練5.如圖，將導(dǎo)軌裝置的一端稍微抬高，在導(dǎo)軌上端與電阻R相連處接上開關(guān)和一個傳感器（相當(dāng)于一只理想的電流表），能將各時刻的電流數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)接嬎銠C(jī)，經(jīng)計算機(jī)處理后在屏幕上同步顯示出SKIPIF1<0圖象。先斷開K，使導(dǎo)體棒恰好能沿軌道勻速下滑．閉合K，勻強(qiáng)磁場方向垂直于軌道平面向下，讓桿在懸掛物M的牽引下，從圖示位置由靜止開始釋放，此時計算機(jī)屏幕上顯示出如圖（乙）所示的SKIPIF1<0圖象（設(shè)桿在整個運動過程中與軌道垂直，且細(xì)線始終沿與軌道平行的方向拉桿，導(dǎo)軌的電阻、導(dǎo)體棒電阻不計，細(xì)線與滑輪間的摩擦及滑輪的質(zhì)量均忽略不計，（已知SKIPIF1<0，桿長SKIPIF1<0，SKIPIF1<0，SKIPIF1<0）．試求：桿速度穩(wěn)定時下滑的位移？【解析】方法一：本題需要應(yīng)用圖像的物理意義，通過讀圖得出流過導(dǎo)體棒的電量的近似值。在此基礎(chǔ)上，求出棒從開始運動至勻速運動的位移也是近似值。當(dāng)懸掛物與棒剛好作勻速下滑時，由圖知：SKIPIF1<0SKIPIF1<0SKIPIF1<0如果棒從靜止到勻速過程中流過棒截面的電量為SKIPIF1<0，發(fā)生的位移為SKIPIF1<0，由圖像中圖線所圍的面積表示該段時間內(nèi)的電量，通過讀圖數(shù)格子可以求出SKIPIF1<0又知SKIPIF1<0SKIPIF1<0方法二：本題如果應(yīng)用微元累積法求解，就可以求出真實解，微元累積法解法如下：在棒與懸掛物變加速運動的過程中，分別隔離懸掛物與棒，利用牛頓第二定律得：SKIPIF1<0=1\*GB3①SKIPIF1<0=2\*GB3②=1\*GB3①=2\*GB3②解得SKIPIF1<0代入數(shù)據(jù)得SKIPIF1<0當(dāng)棒與懸掛物勻速運動時SKIPIF1<0