物理專業高考模型主要有以下幾種:
1. 力學模型:主要涉及牛頓運動定律、動量守恒、能量守恒等物理定律。
2. 電磁學模型:主要涉及庫倫定律、安培定律、電磁感應等物理定律。
3. 光學模型:主要涉及光的傳播規律、折射、反射等光學現象。
4. 熱學模型:主要涉及熱力學定律、氣體性質、熱傳導等物理現象。
5. 原子模型:主要涉及原子結構、原子核、放射性、核反應等物理現象。
6. 振動模型:描述物體在一定時間間隔內的動態變化規律。
7. 波動模型:描述物體相對于同一參考系的位移隨時間的變化規律。
8. 波粒二象性模型:描述微觀粒子在經典力學基礎上反映出的波粒二象性。
此外,還有電動力學模型、狹義相對論模型等高級物理模型。這些模型在高考中經常出現,對于物理專業的學生來說,這些模型的理解和應用更為復雜和深入。
題目:一個邊長為L的正方形金屬框在t = 0時刻開始下落,其下落的高度為H。在t = T時刻,金屬框中的一半電阻為R的電阻絲被打開,直到t = T + 2s時刻關閉。已知空氣阻力的大小恒為f,求金屬框在運動過程中產生的熱量Q。
分析:
金屬框在下落過程中受到重力和空氣阻力的作用,由于金屬框是導體,所以會產生感應電流,進而產生熱量。在t = T時刻打開電阻絲后,金屬框中的電流會發生變化,導致產生的熱量也會發生變化。因此,需要分兩個階段來求解熱量。
解答:
階段一:金屬框在下落過程中產生的熱量
由于金屬框是導體,在下落過程中會產生感應電流,因此會產生熱量。根據能量守恒定律,金屬框在下落過程中受到的重力勢能轉化為電能和熱能。設金屬框在下落過程中的平均速度為v,則有:
v = sqrt(2gH)
由于空氣阻力的大小恒為f,所以金屬框在下落過程中受到的合力為:
F = mg - f
根據動量定理,金屬框在下落過程中受到的沖量為:
I = FΔt
由于金屬框在下落過程中的平均速度為v,所以金屬框在下落過程中所用的時間為:
Δt = (T + 2) - (T) = 2s
根據能量守恒定律,金屬框在下落過程中產生的熱量為:
Q1 = I2RΔt = (mg - f)2RΔt
階段二:打開電阻絲后產生的熱量
在t = T時刻打開電阻絲后,金屬框中的電流會發生變化,因此產生的熱量也會發生變化。根據能量守恒定律,電阻絲釋放的電能轉化為熱能和金屬框的重力勢能。設電阻絲釋放的電能為E,則有:
E = E1 + E2 = mgh + Q1
其中E2即為打開電阻絲后產生的熱量。
由于電阻絲的電阻為R,所以電阻絲釋放的電能為:
E2 = U2RΔt = (IR)2RΔt = I2RΔt
其中U為電壓降。由于金屬框中的電流會發生變化,所以電壓降也會發生變化。設電壓降為ΔU,則有:
ΔU = IRΔt
根據能量守恒定律,電阻絲釋放的電能轉化為熱能和金屬框的重力勢能,因此有:
E2 = ΔU2/R + mgh = (ΔU)2/R + mgh
其中ΔU為金屬框中電阻絲兩端的電壓差。由于金屬框中的電流會發生變化,所以電壓差也會發生變化。設電壓差為ΔV,則有:
ΔV = ΔU/2 = IRΔt/2
根據能量守恒定律和功率公式P = UI,可得:
P = ΔV2/R = (I2RΔt/2)2/R = I2Δt2/4R
其中P為功率。由于功率P不變,所以ΔV與Δt成正比。因此有:
ΔV = kΔt
其中k為比例系數。將ΔV代入上式可得:
E2 = k2Δt2/4R + mgh
其中k為比例系數。由于金屬框中的電流會發生變化,所以k也會發生變化。因此需要求出k的值。根據能量守恒定律和功率公式P = I2RΔt/2,可得:
k2Δt2/4R + mgh = ΔU2/R + mgh = (I2RΔt/2)Δt + mgh
其中(I2RΔt/2)Δt即為k的值。將上式代入階段一中的公式可得:
Q2 = (I2R/2)Δt - (mg - f)2RΔt + k2(T + 2)2/4R - mgh
其中Q2即為打開電阻絲后產生的熱量。
綜上所述,金屬框在運動過程中產生的總熱量為:Q = Q1 + Q2 = (mg - f)2R(T + 2) - (mg - f)2RT - mgh + k2(T + 2)2/4R - mgh + (I2R/2)(T + 2) - (I2R/2)T + mgh
其中Q1和Q2分別為階段一和階段二產生的熱量。需要注意的是,由于空氣阻力