建立物理模型,破解物理解題難關

任武臣

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

關鍵詞 高考 解題方法 物理模型

中圖分類號：G633.7文獻標識碼：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。但高考不會純粹考方法，方法的考查一般會采取隱性的形式，滲透在具體的物理問題中。高中理科學生面對物理總體的感覺是太難，對學生在物理的學習過程中的調查發現，“難”體現在對題中所給的物理物理信息無法進行有效的篩選，無法將信息提取出來建立物理模型，可見“物理模型”的建立是學生處理問題能力的體現。能否成功建立物理模型成了制約學生成績提升的瓶頸。高考物理試卷最后幾個計算題都是對學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行加工處理，找到信息之間的聯系，對物理對象和物理過程運用理想化、簡化、類比、等效、抽象等方法，找到信息之間的內在規律，形成物理模型。物理模型包括：對象模型、過程模型、條件模型、典型問題模型等。

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

1 對象模型的建立

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

【點撥解疑】（1）甲、乙兩個帶電小球就是我們的研究對象，是將它們兩個單獨來考慮，還是將二者視為一個整體來考慮，就是對象模型的如何建立。亦即整體法與隔離法的應用。顯然在這個題中，對兩個小球建立成整體模型處理時，兩個帶電小球在電場中的受力大小相等方向相反，是內力且合力為零，那么二者相當于在水平方向不受力，于是可得懸線在豎直方向上不發生偏離，由此可知B、C是錯誤的。這樣一來，也就明確了甲球所處的位置，即處于懸線正下方。對于乙球的處理就是要建立單個對象模型就可以了，此時乙球在電場中在水平方向受到向右的電場力作用，那么乙球一定向向右傾斜。答案A自然就呈現在我們面前了。即平衡時應選A答案。

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

F2 + F引 =

因此有F2＜應選D

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

【點撥解疑】 若采用隔離法建立單個物理模型，分析楔M時，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寫成∑ =+

由 =+ 2

得木塊m沿斜面向下運動的加速度為

==== 0.7

將物塊m和木楔M看作一個整體，它們在豎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。對整體在水平方向上運用牛頓第二定律，

因為Ff應與ax同向，所以木楔受到的摩擦力水平向左。

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

2 過程模型的建立

【例題3】如圖5所示，在直角坐標系的第一、二象限內有垂直于紙面的勻強磁場，第三象限有沿Y軸負方向的勻強電場，第四象限內無電場和磁場。質量為m、帶電量為q的粒子從M點以速度v0沿x軸負方向進入電場，不計粒子的重力，粒子經N、P最后又回到M點。設OM=L，ON=2L，則：

（1）關于電場強度E的大小，下列結論正確的是（）

A． B． C． D．

（2）勻強磁場的方向是______。

（3）磁感應強度B的大小是多少？

【點撥解疑】 （1）建立運動過程模型：帶電粒子從M點垂直電場方向進入電場中，結合速度與恒力的方向關系可知，由帶電粒子在電場中的運動屬于類平拋運動物理模型，易知 =，且2 = 則 =故選C

（2）帶電粒子從電場中離開以后進入磁場中，在洛侖茲力作用下的物理過程模型應是勻速圓周運動模型，由左手定則，勻強磁場的方向為垂直紙面向里。

（3）根據粒子在電場中運動的情況可知，粒子帶負電。粒子在電場中做類平拋運動，設到達N點的速度為v，運動方向與x軸負方向的夾角為 ，如圖6所示。

結合運動模型中涉及到物理量選用能量原理對應的數學表達關系式，可對這一過程做解：

由動能定理得 =

結合以上分析可知，當我們面對物理問題時，應首先提取題中有關信息，建立信息之間的內在聯系，尋找相關的內在規律，建立物理模型，并用數學解析式表達出來，從而達到解題的目的。

建立物理模型的關鍵是：（1）對常規模型的熟悉；（2）通過抽象、類比、等效等手段，把問題轉化為常規的物體模型。

參考文獻

[1] 高中物理選必修3-1.