淺談高中物理模型的構(gòu)建

1、淺談物理模型山東濟(jì)南商河弘德中學(xué) 王增軍 法國(guó)科學(xué)方法論學(xué)者阿雷指出:“科學(xué)的基本活動(dòng)就是探索和制定模型。”物理模型是從眾多物理現(xiàn)象、過(guò)程中抽象概括出來(lái)的具有共同特性的實(shí)物體、過(guò)程或規(guī)律，再把此模型應(yīng)用到物理現(xiàn)象或過(guò)程中，這既符合實(shí)踐理論實(shí)踐的認(rèn)識(shí)過(guò)程，又符合正遷移的學(xué)習(xí)規(guī)律。在高三復(fù)習(xí)過(guò)程中，若能正確應(yīng)用模型，會(huì)縮短審題時(shí)間、抓住關(guān)鍵點(diǎn)、提高審題效率，會(huì)整體把握物理現(xiàn)象及過(guò)程，提高駕馭試題及整套試卷的能力。按照教學(xué)章節(jié)，分類列舉幾種模型。一、運(yùn)動(dòng)學(xué) 按照運(yùn)動(dòng)的簡(jiǎn)易可分為 1、勻變速直線運(yùn)動(dòng)物塊平面模型、物塊斜面模型、物塊木板模型、物塊傳送帶模型、豎直上拋模型 要從受力分析、牛頓第二運(yùn)動(dòng)定律、

2、運(yùn)動(dòng)學(xué)公式和功與能等4個(gè)方面研究此類模型。以物塊平面模型（如圖）為例 物塊以初速度向右做勻減速運(yùn)動(dòng)，物塊與地面之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為（1）受力 物塊受重力、摩擦力與支持力等三個(gè)力（2）牛頓第二運(yùn)動(dòng)定律 （3）運(yùn)動(dòng)學(xué)公式 物體運(yùn)動(dòng)了時(shí)間t，其位移為s，t時(shí)刻的速度為- - -（4）功與能在分析物塊斜面模型與物塊傳送帶模型時(shí)，一定要注意摩擦力的方向，尤其要注意重力沿斜面向下的分力與最大靜摩擦力的關(guān)系。在分析物塊木板模型時(shí)，一定要注意在分析地面對(duì)木板摩擦力的過(guò)程中，不要漏掉了物塊的質(zhì)量 2、勻速圓周運(yùn)動(dòng)細(xì)線小球模型、輕桿小球模型、轉(zhuǎn)盤模型、衛(wèi)星模型、帶電粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)模型在分析細(xì)線小球模型時(shí)

3、，要注意兩個(gè)方面（1）既不能違背機(jī)械能守恒，也不能違背圓周運(yùn)動(dòng)的規(guī)律（2）在最高點(diǎn)的最小速度。小球在光滑圓形軌道的內(nèi)側(cè)運(yùn)動(dòng)就屬于此模型。要從圓軌道、橢圓軌道與變軌問(wèn)題分析衛(wèi)星模型。帶電粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)模型一是邊界問(wèn)題、二是周期問(wèn)題，這兩個(gè)問(wèn)題都要從定圓心、找半徑入手。3、平拋運(yùn)動(dòng)垂直落到斜面上模型、平行落到斜面上模型、位移與斜面平行模型、類平拋運(yùn)動(dòng)（示波器、邊界問(wèn)題）二、場(chǎng) 場(chǎng)的共同特性是力的特性與能的特性，對(duì)于能的特性有以下規(guī)律電場(chǎng)力做功與電勢(shì)能變化之間關(guān)系模型、重力做功與重力勢(shì)能變化之間關(guān)系模型、機(jī)械能守恒模型三、路 包括交流電路與直流電路閉合電路的歐姆定律模型（閉合電路歐姆定律

4、、電源外特性曲線、電源輸出功率）、交流電模型(表達(dá)式、有效值、峰值、周期與頻率)、電路動(dòng)態(tài)分析（包含電路故障與分析）、電磁感應(yīng)模型（棒導(dǎo)軌、線框磁場(chǎng)） 分析動(dòng)態(tài)電路的思路是：局部整體局部。對(duì)于電磁感應(yīng)模型要從電磁感應(yīng)（感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、電流、電勢(shì)差、電量）、力、功與能（克服安培力做功其它形式的能轉(zhuǎn)化為電能、電流做功電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能）三個(gè)方面入手四、圖像 位移時(shí)間圖像、速度時(shí)間圖像、加速度時(shí)間圖像、力時(shí)間圖像等分析圖像時(shí)，要從軸（縱、橫軸所代表物理量）、點(diǎn)（坐標(biāo)原點(diǎn)、交點(diǎn)）、線（圖線）、面（縱橫周及圖線所包圍的面積）、截距與變化率6個(gè)方面入手五、實(shí)驗(yàn)探究動(dòng)能定理模型、驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律模型、伏安法測(cè)電阻

5、模型（一塊電壓表和一塊電流表、兩塊電流表、兩塊電壓表）、替代法測(cè)電阻（一塊電壓表或一塊電流表）、半偏法測(cè)電阻（電壓表或電流表本身的電阻）、橋式測(cè)電阻在分析探究動(dòng)能定理模型與驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律模型時(shí)，要熟悉實(shí)驗(yàn)裝置、要清楚紙帶的研究以及儀器的改進(jìn)；在探究動(dòng)能定理模型中，還應(yīng)注意繩子上的拉力與重物重力的關(guān)系。在高三二輪復(fù)習(xí)中，教師不斷強(qiáng)調(diào)物理模型，學(xué)生善把所總結(jié)的物理模型和實(shí)際題目相結(jié)合會(huì)起到提高解題速度、事半功倍的效果。下面以一例來(lái)闡述建模解題過(guò)程例中央電視臺(tái)近期推出了一個(gè)游戲節(jié)目推礦泉水瓶選手們從起點(diǎn)開(kāi)始用力推瓶一段時(shí)間后，放手讓瓶向前滑動(dòng)，若瓶最后停在桌上有效區(qū)域內(nèi)，視為成功；若瓶最后不停在

6、有效區(qū)域內(nèi)或在滑行過(guò)程中倒下均視為失敗 AC是長(zhǎng)度為L(zhǎng)15 m的水平桌面，選手們可將瓶子放在A點(diǎn)，從A點(diǎn)開(kāi)始用一恒定不變的水平推力推瓶，BC為有效區(qū)域已知BC長(zhǎng)度為L(zhǎng)21 m，瓶子質(zhì)量為m0.5 kg，瓶子與桌面間的動(dòng)摩擦因數(shù)F20 N，瓶子沿AC做直線運(yùn)動(dòng)，(g取10 m/s2)假設(shè)瓶子可視為質(zhì)點(diǎn)，那么該選手要想游戲獲得成功，試問(wèn)：(1)推力作用在瓶子上的時(shí)間最長(zhǎng)不得超過(guò)多少？(2)推力作用在瓶子上的距離最小為多少？分析：第一步 邊讀邊考慮，讀完了前四行文字，大腦中就應(yīng)呈現(xiàn)出“物塊平面模型”；再快速向下讀，便得到了驗(yàn)證。第二步 讀完后，應(yīng)立即畫(huà)出一下圖畫(huà)：第三步 緊接著，寫出相關(guān)的物理規(guī)律：勻加速直線過(guò)程 - - - 勻減速直線過(guò)程 - - -或-功與能 - - -第四步 寫出解題過(guò)程 從以上10個(gè)公式中選擇不同的公式組成就是不同的解題方法方法一：勻加速直線過(guò)程 - - - 勻減速直線過(guò)程 - -若,便得（1）最長(zhǎng)時(shí)間；