巧建物理模型解題提高課堂教學(xué)效率

謝銀英

【摘 要】學(xué)生能否順利解決物理問題取決于構(gòu)建準(zhǔn)確的物理模型和應(yīng)用物理模型解題的能力，在中學(xué)物理教學(xué)中應(yīng)加強(qiáng)培養(yǎng)學(xué)生構(gòu)建物理模型和提高應(yīng)用物理模型的能力，從而更加有助于提高高效課堂教學(xué)的效果。

【關(guān)鍵詞】中學(xué)物理教學(xué)；物理模型；高效課堂

模型法是物理學(xué)研究問題的一種重要方法，很多物理問題的解答都需要通過構(gòu)建物理模型來解決，如果模型構(gòu)建得好，可大大提高解題速度。高考中常出現(xiàn)物理模型類題型，說明物理模型在高考中的地位特別重要。如何從實(shí)際情景中構(gòu)建物理模型，借助物理規(guī)律解決實(shí)際問題，是考查考生思維品質(zhì)的一個重要因素。本文采擷幾例予以歸納，引導(dǎo)同學(xué)們掌握物理模型題的求解方法，培養(yǎng)學(xué)生靈活思變和創(chuàng)造性思維能力，最終達(dá)到高效課堂教學(xué)的目的。

一、類比聯(lián)想，構(gòu)建模型

例1.在光滑水平面上的O點(diǎn)系一長為L的絕緣細(xì)線，線的另一端系一質(zhì)量為m、帶電荷量為q的小球，如圖1所示。當(dāng)沿細(xì)線方向加上場強(qiáng)為E的勻強(qiáng)電場后，小球處于平衡狀態(tài)?，F(xiàn)給小球一垂直于細(xì)線的初速度v0，使小球在水平面上開始運(yùn)動。若v0很小，則小球第一次回到平衡位置所需的時間為（ ）

A. B. C. D.無法確定

圖1

解析：帶電粒子在豎直平面內(nèi)受到的重力與水平面給它的支持力平衡，在水平面內(nèi)只受到電場力F1=qE和繩的拉力F2的作用。當(dāng)v0很小時，擺球在水平面擺動的角度很小，擺動過程中受到的回復(fù)力，這與單擺在做簡諧運(yùn)動過程中所受的回復(fù)力相似，故擺球的運(yùn)動與單擺的運(yùn)動模型相似，因單擺的周期為：

應(yīng)用類比的方法可得到小球擺動的周期為：

因此，小球第1次回到平衡位置所需的時間為：

所以正確答案為B

點(diǎn)評：在仔細(xì)審題抓住關(guān)鍵信息的基礎(chǔ)上，可通過類比聯(lián)想或抽象概括、或邏輯推理、或原型啟發(fā)去尋找物理規(guī)律與已有信息的相似、相近或聯(lián)系，將復(fù)雜的物理現(xiàn)象和過程轉(zhuǎn)化成為理想的、等效的、簡單的物理模型，把新情景問題轉(zhuǎn)化為簡單而熟悉的模型來解決。有些單擺的物理模型看上去和我們平時見到的單擺形狀不同，但處理問題的方法完全可以用我們常見的單擺的方法處理，只是注意其中為等效擺長，為等效加速度，也可以看成是單擺靜止在平衡位置時懸線拉力產(chǎn)生的加速度。

二、理解常規(guī)物理模型，更快地理清解題思路

例2.如圖2所示，用輕彈簧將質(zhì)量均為m=1kg的物塊A和B連結(jié)起來，將它們固定在空中，彈簧處于原長狀態(tài)，A距地面的高度h1=0.90m。同時釋放兩物塊，A與地面碰撞后速度立即變?yōu)榱?，由于B壓縮彈簧后被反彈，使A剛好能離開地面（但不繼續(xù)上升）。若將B物塊換成質(zhì)量為2m的物塊C（圖中未畫出），仍將它與A固定在空中且彈簧處于原長，從A距地面的高度為h2處同時釋放，C壓縮彈簧被反彈后，A也剛好能離地面。已知彈簧的勁度系數(shù)k=100N/m，求h2的大小。

解析：由于高中物理對彈性勢能的表達(dá)式不作要求，解決彈簧類問題時應(yīng)注意兩種模型：①彈簧壓縮和伸長的形變量相同時，彈簧的彈性勢能相等；②彈簧連接兩個物體做變速運(yùn)動時，彈簧處于原長時兩物體的相對速度最大，彈簧的形變量最大時兩物體的速度相等。

設(shè)A物塊落地時，B物塊的速度為v1，則有：

設(shè)A剛好離地時，彈簧的形變量為x，對于A物塊有：mg=kx

從A落地后到A剛好離開地面的過程中，對于A、B及彈簧組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒，則有：

換成后，設(shè)落地時，的速度為，則有：

從落地后到剛好離開地面的過程中，對于、及彈簧組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒，則有：，聯(lián)立解得：h2=0.5m

點(diǎn)評：縱觀歷年的高考試題，和彈簧有關(guān)的物理試題占有相當(dāng)大的比重。高考命題者常以彈簧為載體設(shè)計出各類試題，這類試題幾乎貫穿整個力學(xué)的知識體系。對于彈簧，從受力角度看，彈簧的彈力是變力；從能量角度看，彈簧是個儲能元件。因此，彈簧問題能很好地考查學(xué)生的綜合分析能力，故備受高考命題老師的青睞。而與動量、能量相關(guān)的彈簧問題在高考試題中出現(xiàn)頻繁，而且常以計算題出現(xiàn)，在解題過種中考查彈簧彈性勢能問題時都要建立上述的物理模型。

三、由題設(shè)中條件分析歸納與條件相符合的物理模型

例3.如圖3所示，兩根等高的四分之一光滑圓弧軌道，半徑為r、間距為L，圖中oa水平，ob豎直，在軌道頂端連有一阻值為R的電阻，整個裝置處在一豎直向上的勻強(qiáng)磁場中，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B?，F(xiàn)有一根長度稍大于L、質(zhì)量為m、電阻不計的金屬棒。若金屬棒在拉力作用下，從cd開始以速度v0向右沿軌道做勻速圓周運(yùn)動，則在到達(dá)ab的過程中拉力做的功為多少？整個過程中金屬棒與導(dǎo)軌接觸良好，軌道電阻不計。

解析：金屬棒在軌道上向右做勻速圓周運(yùn)動的過程中，穿過由金屬棒、導(dǎo)軌和電阻所組成的閉合回路的磁能量的變化規(guī)律與閉合線圈在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁場方向的軸做勻速圓周運(yùn)動產(chǎn)生正弦交流電的條件相同。

金屬棒中產(chǎn)生正弦交流電的電動勢的最大值為Em=BLv0，有效值為

由閉合電路歐姆定律得I=E/R，在四分之一周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量Q=I2Rt且t=2πr/（4v0） ，由功能關(guān)系有：

解得拉力做的功為

點(diǎn)評：有些物理題目，閱讀完它的全部內(nèi)容時，發(fā)現(xiàn)研究對象在整個過程中設(shè)立的情景與我們所熟記的物理模型情景完全不同，但如果我們仔細(xì)推敲，會發(fā)現(xiàn)研究對象在整個過程中的某些條件與我們熟悉的物理模型條件相同，建立相同的模型去解題，問題就解決了。

四、總結(jié)

學(xué)生分析物理過程時的“無從入手”，主要是對物理過程的“難以想象”造成的，學(xué)生需要具備較高的抽象思維能力，我們要努力創(chuàng)造條件，通過題目某些相同的條件建立起模型，把難以想象的情景運(yùn)用熟悉情景展現(xiàn)出來。如在探究一個物體的運(yùn)動規(guī)律時，通過畫物體受力圖、運(yùn)動狀態(tài)圖以及運(yùn)動學(xué)規(guī)律圖象，整個物理過程情景就能夠象放電影中的“慢動作”一樣清晰有序地展現(xiàn)在學(xué)生眼前，所求解的問題自然是迎刃而解了。