巧建物理模型突破思維困境——2014年高考物理壓軸題賞析

田 峰

(榆林市綏德中學　陜西 榆林　718000)

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巧建物理模型突破思維困境
——2014年高考物理壓軸題賞析

田 峰

(榆林市綏德中學陜西 榆林718000)

摘 要：高中物理新課標注重對學生能力的培養，2014年高考壓軸題(新課標全國卷Ⅰ)就是對學生能力的考查，構建物理模型是解決物理問題的關鍵．建立這種理想模型的目的是為了暫時忽略與當前考查不相關的初速度方向因素，借以化繁為簡，以利于問題的分析、討論，從而較方便地找出當前所研究的最基本的規律，這是一種重要的科學方法，也是物理學中常用的科學方法．

關鍵字：高中物理構建理想模型

高考物理試題著重考查考生的知識、能力和科學素養．注重理論聯系實際，注意物理與科學技術、社會和經濟發展的聯系，注意物理知識在生產、生活中等方面的廣泛應用，以有利于高等學校的選拔．高考物理在考查知識的同時注重考生能力的考查，并把能力考查放在首位，構建正確的物理模型無疑是解決問題的關鍵，也是考生能力的重要體現．2014年高考物理(新課標全國卷Ⅰ)第25題解答題，題型設計與往年相比有了新在變化，考查考生分析綜合能力和應用數學知識處理物理問題的能力，是重力場與勻強電場的復合．大多數學生無法建立正確的物理模型，陷入思維困境．建立理想物理模型，可以把抽象思維具體化，突破思維困境．

(1)無電場時，小球到達A 點時的動能與初動能的比值；

(2)電場強度的大小和方向．

圖1

解析：本題第(1)小題是具體的平拋運動，可以利用平拋運動的基本關系式或推論方便解題，比較簡單．第(2)小題加電場后帶電小球不再是平拋運動，對于該題的思路，考生首先想到的是描繪運動軌跡，卻又難以如愿，所以大多數學生無法突破思維困境．事實上小球的運動軌跡是不能具體化的，只能從狀態的變化入手，原標準答案的解法這里不再重復．筆者嘗試構建了一個理想化物理模型，利用等效法，讓運動小球有一個具體簡單的運動路線，實現了由物理問題向數學模型的成功轉化，很適合學生的思維習慣，從而突破思維困境．

本題中小球帶電后受到電場力F和重力G的作用，由于保守力做功與路徑無關，所以假設小球以一定初動能分別沿直線OA從O運動到A，沿直線OB運動到B，然后通過計算兩個過程中電場力做功，確定電場方向．

圖2

由動能定理可得

ΔEk1=2F1h+mgh

即

2Ek0=2F1h+mgh

將

代入可得

圖3

由動能定理可得

ΔEk2=3F2h+3mgh

即

5Ek0=3F2h+3mgh

將

代入可得

由此可知，無論沿OA還是OB移動帶電小球，相等距離電場力做功一樣多，所以電場力F在∠AOB的平分線OD上，如圖3所示，OA=OC，AC為等勢線．

不難看出，帶電小球沿OA和OB方向電場力的大小是相同的，那么電場的方向一定在∠AOB的對角線上，如圖4所示.

圖4

所以就有

理想化方法是一種科學抽象，是研究物理學的重要方法，它根據所研究問題的需要和具體情況，確定研究對象的主要因素和次要因素，保留主要因素，忽略次要因素，排除無關干擾，從而簡明扼要地揭示事物的本質．本題忽略初速度方向因素，建立一個沿直線運動的理想化模型．建立這種理想模型的目的是為了暫時忽略與當前考察不相關的初速度方向因素，借以化繁為簡，以利于問題的分析、討論，從而較方便地找出當前所研究的最基本的規律，這是一種重要的科學方法，也是物理學中常用的科學方法．

可以看出，2014年高考題命題延續了近年來題型多變的原則，試題注重考查學生對物理本質的理解、物理知識的應用能力．這就要求教師在物理教學中加強基礎知識的應用教學，重視學生對物理知識的靈活處理，對物理模型的建立、物理規律的處理具有靈活性和多樣性，尤其要真正發展學生的學科思維能力．善于根據物理問題、物理條件建立理想化模型、理想化過程、理想化狀態、理想化結構等，將一些看似復雜的問題情境簡化為簡單模型，突破思維困境，可以達到靈活地解決物理問題的目的．

收稿日期：(2015-01-16)