2023届高考物理：科学思维之模型建构与应用

科学思维之模型建构与应用 1、 模型思维简介 1、模型思维是对研究对象、实际现象与过程加以简化和抽象，突出主要因素，忽略次要因素，进行研究和处理物理问题的一般方法。 2、初步领略模型建构在解题中的应用 【例1】风的级别可以从0级到12级，如表格所示。请分析说明风的级别从“和风” 变为“强风”，估算建筑物受到的风力将变为原来的多少倍？ 3、常见的物理模型 （1）匀变速直线运动 （2）匀变速曲线运动（抛体） （3）圆周运动（天体运动） （4）物体平衡 （5）机车启动 （6）纸带模型 （7）超重失重 （8）电场、磁场模型 （9）恒定电流模型 （10）电磁感应（动生电动势、感生电动势）模型 ...... ...... 2、 怎样构建和应用物理模型 1.怎样建构模型：将我们研究的物理对象或物理过程通过理想化或简化等方法“忽略次要因素，抓住主要因素”，从而寻找反映物理现象或物理过程的内在本质和内在规律的过程。 【例2】身高1.8m的跳高运动员，想要越过1.8m的横杆。他起跳的竖直分速度至少应该是多少？ 【例3】底面半径为r，高为h的圆锥形陀螺在光滑水平桌面上快速绕轴旋转，同时以速度v0向右运动，若陀螺的转动轴在全部时间内都保持竖直，则v0至少等于多少，才能使陀螺从桌面滑出后不会与桌边发生碰撞? 【例4】（改编自2019年西城一模24题）如图1所示：一盛有水的大容器，其侧面有一个水平的短细管，水能够从细管中喷出；容器中水面的面积S1远远大于细管内的横截面积S2；重力加速度为g。假设水不可压缩，且没有粘滞性。 （1）推理说明：容器中液面下降的速度比细管中的水流速度小很多，可以忽略不计； （2）在上述基础上，求：当水静止时液面距离细管的高度为h时，细管中的水流速度v。 【例5】太阳能电池板可将太阳能转化为电能。太阳辐射的总功率P0=4×1026W，太阳到地球的距离r=1.5×1011m，太阳光传播到达地面的过程中大约有30%的能量损耗。 （1）求地面上单位面积的太阳能电池板单位时间内接收到的太阳能； （2）某设计小组设计太阳能环保汽车，驱动电机的输入功率为15kW，若该车所用太阳能电池的能量转化效率约为15%。请你通过计算说明其设计是否合理。 【例6】在自然界中，风化侵蚀的产物有可能被风、流水、冰川和海浪挟带而离开原位置，地理学家把这种现象叫做“搬运”，在比较湿润的地区，流水的搬运作用非常显著。高中《地理》课本上写道：“流水推动物体的力量和水的流速的平方成正比，实验证明，在水中被搬运的物体的重力与水流速度的6次方成正比。如果某河流的水流速度是原来的2倍，则它推动的物体重力是原来的64倍；如果某河流的水流速度是原来的1/2，则它携带的物体重力是原来的1/64。”已知流体力学已经证明：水流作用于跟水流方向垂直的平板上的压力，跟平板的面积成正比，跟水流速度的平方成正比。试应用物理学的相关知识来证明《地理》课本中这段话的正确性。 2.怎样应用模型 （1）大道至简 1）根据实际的问题情境，确定需要研究的对象、环境与过程； 2）综合分析与问题有关的全部实际因素，并分出主要因素与次要因素； 3）抓住主要因素，忽略次要因素，构建或类比选用相应的物理模型进行分析求解；（2）读文字想情景建模型选规律列方程规范解 （3） 常见应用 1） 模型拼盘 2） 模型残缺 3） 模型重组 4） 等效类比 ...... ...... 【例7】2000年1月26日我国发射了一颗同步卫星，其定点位置与东经980的经线在同一平面内，若把甘肃省嘉峪关的经度和纬度近似取为东经980, 北纬α=400，已知地球的半径R、地球自转周期T、地球表面重力加速度g（视为常量）和光速c。试求该同步卫星发出的微波信号传到嘉峪关处的接收站所需要的时间（要求用题给的已知量的符号表示）。 【例8】真空中放置的平行金属板可以用作光电转换装置，如图所示。光照前两板都不带电。以光照射A板，则板中的电子可能吸收光的能量而逸出。假设所有逸出的电子都垂直于A板向B板运动，忽略电子之间的相互作用。保持光照条件不变。a和b为接线柱。已知单位时间内从A板逸出的电子数为N，电子逸出时的最大动能为Ekm。元电荷为e。 （1）求A板和B板之间的最大电势差Um，以及将a、b短接时回路中的电流I短。 （2）图示装置可看作直流电源，求其电动势E和内阻r。 （3）在a和b之间连接一个外电阻时，该电阻两端的电压为U。外电阻上消耗的电功率设为P；单位时间内到达B板的电子，在从A板运动到B板的过程中损失的动能之和设为Ek。请推导证明：P =Ek。 【针对练习】 1.磕头虫是一种不用足跳但又善于跳高的小甲虫。当它腹朝天、背朝地躺在地面时，将头用力向后仰，拱起体背，在身下形成一个三角形空区，然后猛然收缩体内背纵肌，使重心迅 速