借助物理模型解答物理習題

羅金茂

(福建省上杭縣第二中學 364200)

物理模型是對一些情境中物理規律的抽象與總結，不僅有助于學生更好的理解物理知識本質，而且可給學生解題帶來良好啟發，使其迅速的找到解題突破口，實現高效、正確解題.課堂上為使學生認識到物理模型的重要性，鍛煉其運用物理模型解題的意識與能力，應優選精講相關的物理習題，使學生積累豐富的模型應用經驗.

一、桿繩速度分解模型

教學實踐發現，部分學生解答桿繩速度分解問題時往往找不到正確的角度，導致速度分解出錯.事實上，遇到該類問題可運用桿繩速度分解模型迅速作出判斷.桿繩速度分解模型中與桿、繩連接物體的運動速度是合速度，沿桿、繩以及垂直桿、繩的速度均為分速度.在解題過程中牢牢把握這一關系，運用幾何以及速度分解法則，能很快的得出正確結果.課堂上為使學生更好的體會該模型在解題中的應用，可與學生一起分析如下習題，幫助其更好的理解與掌握桿繩速度分解模型.

如圖1所示，一段繩子的兩端分別連接小車P和物塊Q，跨過距地面高為H的兩個定滑輪.起初小車處在左側滑輪正下方的A點，而后以速度v勻速向左運動至B點，A、B的距離為H，則( ).

圖1

A.物塊Q勻速上升

B.Q上升時處于超重狀態

二、衛星運行與變軌模型

如圖2所示，地球球心為O，一宇宙飛船沿橢圓軌道圍繞地球無動力飛行，P為軌道上距離地球的最遠點，PO=3R，已知地球半徑為R，表面重力加速度為g，忽略地球自轉以及空氣阻力，則( ).

圖2

A.飛船在P點的加速度一定是g/9

D.在P點時飛船變軌至為半徑3R的圓形軌道，則需要制動減速

三、彈簧模型

彈簧較為特殊，其既能產生拉力，也能產生彈力.很多學生分析彈簧相關的物理習題時應對彈簧的受力特點理解不深入，難以短時間內找到有效突破口.事實上解答相關物理習題時運用彈簧模型能夠更好的把握問題的本質，避免一些不良因素的干擾，提高解題正確率.彈簧模型主要體現在力和能量兩個方面，其中力方面需要結合胡克定律、受力分析以及牛頓定律知識.分析的過程中應注重靈活運用整體與隔離思想根據需要轉換分析問題的角度.在能量方面，彈簧的彈性勢能屬于機械能，其具有儲能與釋放能量的功能，解題時應注重靈活運用機械能守恒定律進行判斷.

使用輕繩將三個質量均為1kg的木塊a、b、c以及兩個勁度系數均為500N/m的輕彈簧p、q連接在一起，通過定滑輪按照如圖3所示放置，其中a所在的桌面光滑.開始時p處于原長，木塊均處于靜止狀態，而后使用水平力F緩慢的向左拉彈簧p，當木塊c剛好離開地面時，p彈簧的左端向左移動的距離為( ).

圖3

A.4cm B.6cm C.8cm D.10cm

解析因整個過程緩慢進行表明物體均處于平衡狀態.以彈簧q為研究對象，起初因b的重力彈簧會被壓縮，由胡克定律可得kx1=mg，當c剛好離開地面時彈簧q被拉伸，由胡克定律可得kx2=mg，即，整個過程中彈簧q的長度變化為l=x1+x2；以彈簧p為研究對象，木塊c剛好離開地面時，彈簧p的拉力剛好和b、c的重力之和相等，設彈簧p的伸長量為x3，則kx3=2mg；p彈簧的左端向左移動的距離為s=l+x3，代入數據解得s=8cm，選擇C項.

四、物體碰撞模型

談到物體的碰撞就需要運用動量守恒定律分析物體碰撞前后的速度變化.但是一些情境較為復雜，需要學生牢固掌握動量守恒定律的適用條件，把握構建物理方程的相關細節，即，應注重先設出物體運動的正方向.涉及到能量變化問題時，還需要運用機械能守恒定律.另外，考慮到相關的計算公式、計算過程較為復雜，應注重推導不同碰撞情境下的速度、能量變化規律，盡量牢記相關的推導結果，解題時直接的套用，能夠大大提高解題效率.

如圖4所示，A、B兩個彈性小球靜止在地面上方，B球距離地面的高度h=0.8m，A球在B球的正上方.先將B球釋放，經過一段時間后釋放A球.A球下落t=0.3s時，和B球在地面上方的P點相碰，碰撞時間極短，碰撞的瞬間A球的速度剛好為零.若B球的質量為A球的3倍.忽略空氣阻力及碰撞的動能損失.求：(1)B球第一次達到地面的速度；(2)P點距離地面的高度.

圖4

高中物理教學中應充分認識到模型的重要性，在日常的教學中通過運用多媒體課件，與學生一起分析、推導、總結常見的物理模型，進一步加深學生印象，使其把握物理模型的推導過程以及相關結論的來龍去脈，尤其應注重為學生講解經典例題、組織學生開展針對性的訓練活動，使學生在聽課、訓練中不斷的深化對相關模型的理解，把握運用模型解題的細節，確保其在認識問題時更加深刻，考慮問題時更加全面，實現物理綜合解題能力的明顯提升.