建立物理模型,破解物理解題難關(guān)

任武臣

摘 要 高中理科學(xué)生面對(duì)物理總體的感覺是太難，調(diào)查發(fā)現(xiàn)，“難”體現(xiàn)在對(duì)題中所給的物理信息無法進(jìn)行有效的篩選，無法將信息提取出來建立物理模型，可見“物理模型”的建立是學(xué)生處理問題能力的體現(xiàn)，能否成功建立物理模型成了制約學(xué)生成績提升的瓶頸。文章通過一些具體的例子分析了建模問題。

關(guān)鍵詞 高考 解題方法 物理模型

中圖分類號(hào)：G633.7文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Build Physical Model, Crack Physical Problem-solving Difficulties

REN Wuchen

(Luanchuan Secondary Vocational School, Luoyang, He'nan 471500)

Abstract When high school science students face the physics, their general feeling is too difficult, the survey found that "difficult," reflected in the title given in the physical information can not be effective screened, the information can not be extracted from the establishment of the physical model, showing that "physical model" the establishment of the issue is the ability of students to handle the embodiment, the successful establishment of the physical constraints of the model has become the bottleneck to enhance student achievement. This article analyzed of modeling by some specific examples.

Key words college entrance examination; problem-solving; physical model

高考越來越注重能力考察，從一定意義上說方法是能力的基礎(chǔ)。但高考不會(huì)純粹考方法，方法的考查一般會(huì)采取隱性的形式，滲透在具體的物理問題中。高中理科學(xué)生面對(duì)物理總體的感覺是太難，對(duì)學(xué)生在物理的學(xué)習(xí)過程中的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，“難”體現(xiàn)在對(duì)題中所給的物理物理信息無法進(jìn)行有效的篩選，無法將信息提取出來建立物理模型，可見“物理模型”的建立是學(xué)生處理問題能力的體現(xiàn)。能否成功建立物理模型成了制約學(xué)生成績提升的瓶頸。高考物理試卷最后幾個(gè)計(jì)算題都是對(duì)學(xué)生建立模型能力的考察，成功建立物理模型也就成功地抓住了高考。

所謂建模，就是將題中所給有效信息進(jìn)行加工處理，找到信息之間的聯(lián)系，對(duì)物理對(duì)象和物理過程運(yùn)用理想化、簡(jiǎn)化、類比、等效、抽象等方法，找到信息之間的內(nèi)在規(guī)律，形成物理模型。物理模型包括：對(duì)象模型、過程模型、條件模型、典型問題模型等。

在對(duì)物理模型的確立上，學(xué)生對(duì)對(duì)象模型有一個(gè)比較清晰的思路，而對(duì)過程模型的建立還是比較模糊的，有時(shí)甚至不知道從何處入手來建立這個(gè)模型，下面通過一些具體的問題來分析一下建模問題：

1 對(duì)象模型的建立

【例題1】如圖1所示，甲、乙兩個(gè)帶電小球的質(zhì)量均為m，所帶電量分別為q和-q，兩球間用絕緣細(xì)線連接，甲球又用絕緣細(xì)線懸掛在天花板上，在兩球所在的空間有方向向左的勻強(qiáng)電場(chǎng)，電場(chǎng)強(qiáng)度為E，平衡時(shí)細(xì)線都被拉緊。

【點(diǎn)撥解疑】（1）甲、乙兩個(gè)帶電小球就是我們的研究對(duì)象，是將它們兩個(gè)單獨(dú)來考慮，還是將二者視為一個(gè)整體來考慮，就是對(duì)象模型的如何建立。亦即整體法與隔離法的應(yīng)用。顯然在這個(gè)題中，對(duì)兩個(gè)小球建立成整體模型處理時(shí)，兩個(gè)帶電小球在電場(chǎng)中的受力大小相等方向相反，是內(nèi)力且合力為零，那么二者相當(dāng)于在水平方向不受力，于是可得懸線在豎直方向上不發(fā)生偏離，由此可知B、C是錯(cuò)誤的。這樣一來，也就明確了甲球所處的位置，即處于懸線正下方。對(duì)于乙球的處理就是要建立單個(gè)對(duì)象模型就可以了，此時(shí)乙球在電場(chǎng)中在水平方向受到向右的電場(chǎng)力作用，那么乙球一定向向右傾斜。答案A自然就呈現(xiàn)在我們面前了。即平衡時(shí)應(yīng)選A答案。

（2）由上面用整體法的分析，繩1對(duì)甲的拉力F1 = 2mg。由乙球的受力圖可知

F2 + F引 =

因此有F2＜應(yīng)選D

【例題2】如圖3所示，質(zhì)量M=10kg的木楔ABC靜止于粗糙的水平面上，動(dòng)摩擦因數(shù) =0.02。在楔的傾角為 =30暗男泵嬪希有一質(zhì)量m=1.0kg的木塊從靜止開始沿斜面下滑，當(dāng)滑行路程s=1.4m時(shí)，其速度v=1.4m/s，在這過程中楔沒有動(dòng)，求地面對(duì)楔的摩擦力的大小和方向（重力加速度取10m/s2）。

【點(diǎn)撥解疑】 若采用隔離法建立單個(gè)物理模型，分析楔M時(shí)，受的力特別多，求解繁瑣．該題中，雖然m與M的加速度不同，但仍可用整體法建立整體物理模型，只是牛頓第二定律應(yīng)寫成∑ =+

由 =+ 2

得木塊m沿斜面向下運(yùn)動(dòng)的加速度為

==== 0.7

將物塊m和木楔M看作一個(gè)整體，它們?cè)谪Q直方向受到重力和地面的支持力；在水平方向如果受力只能是摩擦力，暫設(shè)其存在，大小位，楔的加速度為零，只有物塊加速度a，如圖4所示，沿水平方向和豎直方向分解物塊加速度a。對(duì)整體在水平方向上運(yùn)用牛頓第二定律，

因?yàn)镕f應(yīng)與ax同向，所以木楔受到的摩擦力水平向左。

以上兩個(gè)題目都是關(guān)于對(duì)象模型的建立，由此可見對(duì)象模型建立的合適對(duì)解決問題大有幫助。再看下面的幾個(gè)例題，研究一下過程模型的建立對(duì)解題的幫助。

2 過程模型的建立

【例題3】如圖5所示，在直角坐標(biāo)系的第一、二象限內(nèi)有垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，第三象限有沿Y軸負(fù)方向的勻強(qiáng)電場(chǎng)，第四象限內(nèi)無電場(chǎng)和磁場(chǎng)。質(zhì)量為m、帶電量為q的粒子從M點(diǎn)以速度v0沿x軸負(fù)方向進(jìn)入電場(chǎng)，不計(jì)粒子的重力，粒子經(jīng)N、P最后又回到M點(diǎn)。設(shè)OM=L，ON=2L，則：

（1）關(guān)于電場(chǎng)強(qiáng)度E的大小，下列結(jié)論正確的是（）

A． B． C． D．

（2）勻強(qiáng)磁場(chǎng)的方向是______。

（3）磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小是多少？

【點(diǎn)撥解疑】 （1）建立運(yùn)動(dòng)過程模型：帶電粒子從M點(diǎn)垂直電場(chǎng)方向進(jìn)入電場(chǎng)中，結(jié)合速度與恒力的方向關(guān)系可知，由帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)屬于類平拋運(yùn)動(dòng)物理模型，易知 =，且2 = 則 =故選C

（2）帶電粒子從電場(chǎng)中離開以后進(jìn)入磁場(chǎng)中，在洛侖茲力作用下的物理過程模型應(yīng)是勻速圓周運(yùn)動(dòng)模型，由左手定則，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的方向?yàn)榇怪奔埫嫦蚶铩?/p>

（3）根據(jù)粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的情況可知，粒子帶負(fù)電。粒子在電場(chǎng)中做類平拋運(yùn)動(dòng)，設(shè)到達(dá)N點(diǎn)的速度為v，運(yùn)動(dòng)方向與x軸負(fù)方向的夾角為 ，如圖6所示。

結(jié)合運(yùn)動(dòng)模型中涉及到物理量選用能量原理對(duì)應(yīng)的數(shù)學(xué)表達(dá)關(guān)系式，可對(duì)這一過程做解：

由動(dòng)能定理得 =

結(jié)合以上分析可知，當(dāng)我們面對(duì)物理問題時(shí)，應(yīng)首先提取題中有關(guān)信息，建立信息之間的內(nèi)在聯(lián)系，尋找相關(guān)的內(nèi)在規(guī)律，建立物理模型，并用數(shù)學(xué)解析式表達(dá)出來，從而達(dá)到解題的目的。

建立物理模型的關(guān)鍵是：（1）對(duì)常規(guī)模型的熟悉；（2）通過抽象、類比、等效等手段，把問題轉(zhuǎn)化為常規(guī)的物體模型。

參考文獻(xiàn)

[1] 高中物理選必修3-1.