淺談高中物理教學(xué)中如何構(gòu)建物理模型

揭瓊

一、“物理模型”的 含義及作用

物理模型是人們認(rèn)識和把握自然界中一切事物與事物之間的聯(lián)系而創(chuàng)建的簡化模型，在物理學(xué)上，通常面對復(fù)雜多邊的問題的處理，都是遵循從簡到繁，從易到難，循序漸進，逐次深入的法則，將研究對象進行抽象化、理想化、簡單化等方法建立物理模型，起到 “去次取主”、“化繁為簡”的處理，從而尋找出反映物理現(xiàn)象或物理過程的內(nèi)在本質(zhì)及規(guī)律實現(xiàn)認(rèn)識問題的目的。它是人們研究物理問題和探討物體事物的本質(zhì)而作出的一種簡化的描述或模擬。

二、 高中物理模型的種類及實例分析

物理學(xué)的目的在于認(rèn)識自然，把握自然。在高中物理教學(xué)中要求教師要盡量多地將實物、圖片等展示給學(xué)生，以形成表象認(rèn)識基礎(chǔ)。構(gòu)建物理模型，有助于學(xué)生更好地學(xué)習(xí)物理知識，培養(yǎng)學(xué)生的抽象思維能力和創(chuàng)新能力。在構(gòu)建物理模型時主要有以下幾類：

1.實物模型

如：質(zhì)點、傳送帶、點電荷、輕桿、輕繩、輕彈簧、小船渡河、子彈達木塊等

【實例分析1】

質(zhì)量為M的木塊被固定在光滑的水平面上，一顆質(zhì)量為m的子彈以速度V0水平飛來，穿透木塊后的速度為V0/2?，F(xiàn)使該木塊不固定，可以在光滑水平面上滑動，同樣的子彈以初速度V0飛來射向木塊，如果M/m<3，那么子彈將

（A） 能夠射穿木塊

（B） 不能穿過木塊，留在木塊中共同運動

（C） 剛好穿透木塊但留在木塊邊緣共同運動

（D） 條件不足，無法判斷

【解析】設(shè)木塊放在光滑水平面上時子彈剛好能穿過木塊，則由水平方向動量守恒 得：

mV0=（M+m）V ①

根據(jù)功能關(guān)系知木塊固定時子彈穿過木塊克服阻力做功為

②

因是同樣的木塊，所以在木塊不固定時，假設(shè)子彈能夠穿過它則克服阻力做功應(yīng)相同：

③

聯(lián)立①-③解得：

M/m=3 ④

當(dāng)M/m=3時子彈剛好穿過木塊；當(dāng)M/m>3時子彈能穿出木塊；當(dāng)M/m<3時子彈不能穿出木塊。故選答案B。

【模型點撥】

子彈打木塊是動力學(xué)中最重要的實物模型之一，常見子彈擊中非固定的、光滑木塊的物理情景，包括一物塊在木板上滑動、小球在置于光滑水平面上的豎直平面內(nèi)弧形光滑軌道上滑動、一靜一動的同種電荷追碰運動等等，基本特征是物體的作用力與反作用力的沖量作用下，實現(xiàn)系統(tǒng) 內(nèi) 物體的動量、能量的轉(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)化。

此類模型解題思路和方法：

（1）子彈對地在滑動摩擦力作用下做勻減速直線運動；木塊在滑動摩擦力作用下做勻加速運動。

（2）以子彈擊中木塊時刻開始計時，建立v—t圖像，如圖1甲和乙（其中甲圖為子彈穿出木塊的情景，乙圖為子彈停留在木塊中的情景。

特別說明，上兩圖中縱坐標(biāo)的含義 表示各時刻的速度，斜率表示兩者的加速度。陰影部分面積表示兩者間的相對位移，即 。[來源：學(xué)_科_Z_X_X_K]

2.條件模型

條件模型很多，如：光滑、輕質(zhì)、均勻分布、不可伸長、緩慢等，是一類高考常考的題型，其中考察知識點比較綜合，處理方法也因題不一，而動力學(xué)問題解決方法是受力分析、運動過程分析、以及抓住臨界條件、或者加速度突變的點，結(jié)合牛頓第二定律進行求解。

【實例分析2】

如圖所示，A、B兩物塊的質(zhì)量分別為2m和m，靜止疊放在水平地面上A、B間的動摩擦因數(shù)為μ，B與地面間的動摩擦因數(shù)為 .最大靜摩擦力等于滑動摩擦力，重力加速度為g.現(xiàn)對A施加一水平拉力F，則：

A.當(dāng)F<2μmg時，A、B都相對地面靜止

B.當(dāng)F= 時，A的加速度為

C.當(dāng)F>3μmg時，A相對B滑動

D.無論F為何值，B的加速度不會超過

【解析】AB之間的最大靜摩擦力為：

B與地面之間的最大靜摩擦力為： 當(dāng) 時， ，AB之間不會發(fā)生相對滑動， 時，B與地面間會發(fā)生相對滑動，選項A錯誤；當(dāng) 時，假設(shè)AB之間無相對滑動，則AB的共同加速度為： ，

此時AB之間的摩擦力為 ，AB間不會發(fā)生相對滑動，此時AB的加速度均為： ，選項B錯誤；

當(dāng)F>3μmg時，F(xiàn)>fmax，AB間會發(fā)生相對滑動，A相對B發(fā)生滑動，選項C正確；

A對B的最大摩擦力為2μmg，B受到的地面的最大靜摩擦力為 μmg，無論F為何值，B的加速度不會超過 ，選項D正確.故選CD。

【模型點撥】

解決條件模型類問題一定要按規(guī)范的格式進行：

（1）畫圖分析，根據(jù)題意作出描述物理情景或過程的示意圖，動力學(xué)問題則要考慮整體法和隔離法的應(yīng)用。

（2） 找出臨界點，如“恰好”、“剛好”等。

（3）動力學(xué)問題通常要根據(jù)系統(tǒng)的動量守恒和能量守恒結(jié)合求解，比較簡單。

物理題中的實際問題多數(shù)是密切聯(lián)系生活、生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的問題，這類問題大多沒經(jīng)過加工處理成純粹的物理模型，這要求我們在熟悉上述純模型的基礎(chǔ)上，通過一些方法來構(gòu)建實際問題中的物理模型。

高中物理模型還有很多類型，這里只列出最常見的三種，物理模型的構(gòu)建和解讀能快速準(zhǔn)確地解決實際問題，起到事半功倍的效果。在教學(xué)中要多引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建物理模型，培養(yǎng)學(xué)生構(gòu)建物理模型的意識，并能準(zhǔn)確地解讀出這個物理模型，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力。