基于模型建構(gòu)的高中物理動(dòng)力學(xué)問(wèn)題解題策略研究

高中物理動(dòng)力學(xué)是物理學(xué)的重要組成部分，也是高考的重點(diǎn)考查內(nèi)容.在解決動(dòng)力學(xué)問(wèn)題時(shí)，學(xué)生常常面臨諸多困難，如無(wú)法準(zhǔn)確分析物理過(guò)程、難以運(yùn)用物理規(guī)律等.而模型建構(gòu)是一種有效的解決方法，它能夠?qū)?fù)雜的實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行簡(jiǎn)化和抽象，轉(zhuǎn)化為學(xué)生熟悉的物理模型，從而幫助學(xué)生更好地理解問(wèn)題本質(zhì)，運(yùn)用相應(yīng)的物理規(guī)律進(jìn)行求解.下面通過(guò)例題分析深入探討基于模型建構(gòu)的高中物理動(dòng)力學(xué)問(wèn)題解題策略.

1斜面模型

例1如圖1所示，一個(gè)質(zhì)量 M=3kg 、傾角 α= 45^° 的光滑斜面置于水平面上，其上放置有一個(gè)質(zhì)量為 m=1kg 的楔形物塊.當(dāng)給斜面加一水平向左的恒力 F 時(shí)，斜面和物塊恰能保持相對(duì)靜止并向左做加速直線運(yùn)動(dòng)．取 g=10m/s² .下列選項(xiàng)正確的是

圖1

（A）斜面和物塊做勻加速直線運(yùn)動(dòng).

(B)F=40N. （C）斜面對(duì)物塊的作用力大小為 (D）如果增大 F ，物塊將在斜面上向上滑動(dòng).

解析對(duì)整體受力分析，如圖2所示，有 F= (M+m)a ，對(duì)楔形物塊受力分析，如圖3所示.有mgtan45^°=ma ，可得 F=40N，a=10m/s² ，(A)(B)正確;斜面體對(duì)楔形物塊的作用力 ，(C)錯(cuò)誤；外力 F 增大，則斜面體加速度增大，斜面體對(duì)楔形物塊的支持力也增大，則支持力在豎直方向的分力大于重力，有向上的加速度，所以楔形物塊將會(huì)相對(duì)斜面上滑，（D）正確.

圖2

圖3

點(diǎn)評(píng)首先明確該問(wèn)題屬于斜面模型.對(duì)物塊或?qū)φw進(jìn)行受力分析，根據(jù)物體的運(yùn)動(dòng)情況分析加速度的方向，再以加速度方向和垂直加速度方向建立坐標(biāo)系，將各力進(jìn)行分解，并運(yùn)用牛頓第二定律建立方程進(jìn)行求解.

2 板塊模型

例2如圖4所示，一個(gè)質(zhì)量為 M=1.0kg 的盒子在水平力 F=13N 的作用下沿水平面向右做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，此時(shí)盒內(nèi)有一質(zhì)量 m=1kg 的物塊(視為質(zhì)點(diǎn)）緊靠盒子的左側(cè)內(nèi)壁且與盒子保持相對(duì)靜止.當(dāng)盒子速度達(dá)到 v₀=3m/s 時(shí)撤去 F ，此時(shí)物塊恰好不會(huì)與盒子右側(cè)內(nèi)壁發(fā)生碰撞.物塊與盒子內(nèi)壁間的動(dòng)摩擦因數(shù)為 μ₁=0.2 ，盒子與水平面間的動(dòng)摩擦因數(shù) ，設(shè)最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力，重力加速度 g=10m/s² .求：

圖4

（1）在撤去 F 前，盒子左側(cè)內(nèi)壁對(duì)物塊的作用力大小；

（2）盒子左右兩側(cè)內(nèi)壁之間的間距 L 解析 （1）對(duì)物塊：FN+μimg=ma，

對(duì)整體利用牛頓第二定律 F-μ₂(M+m)g= (M+m)a ，

解得 F_N=2N

(2）因?yàn)?μ₂>μ₁ ，所以物塊與盒子不能一起減 速，對(duì)物塊，有 μ₁mg=ma₁ ，

對(duì)盒子，有 μ₂(M+m)g-μ₁mg=Ma₂ 設(shè)盒子經(jīng)時(shí)間 Ψ_t 停止運(yùn)動(dòng)， v₀=a₂t ，盒子的位移

設(shè)盒子停止時(shí)物塊發(fā)生的位移為 x₁ ，速度為 v₁ ，

盒子停止后，木塊繼續(xù)運(yùn)動(dòng)的位移為 x_Π2 ，

v₁²=2a₁x₂，

盒子的左側(cè)內(nèi)壁和右側(cè)內(nèi)壁之間的距離 L=

聯(lián)立解得 L=0.75m 業(yè)

點(diǎn)評(píng)通過(guò)審題，確定該問(wèn)題屬于板塊模型.對(duì)于板塊模型的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題，無(wú)論題目給定的條件有多復(fù)雜，都需要先對(duì)物塊和木板進(jìn)行受力分析，確定它們的加速度，再結(jié)合它們的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行臨界條件的分析，進(jìn)一步確定運(yùn)動(dòng)過(guò)程，然后分段運(yùn)用運(yùn)動(dòng)學(xué)或動(dòng)力學(xué)規(guī)律進(jìn)行處理.

3基于模型建構(gòu)的高中物理動(dòng)力學(xué)問(wèn)題解題策略

3.1分析問(wèn)題，確定物理模型

通過(guò)仔細(xì)閱讀題目，分析問(wèn)題所描述的物理過(guò)程和情境，找出其中的關(guān)鍵信息和物理量.然后根據(jù)這些信息，判斷問(wèn)題屬于哪種物理模型，如板塊模型、傳送帶模型、斜面模型等.

3.2建立模型，明確物理量之間的關(guān)系

在確定物理模型后，建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，明確各物理量之間的關(guān)系.例如，對(duì)于勻變速直線運(yùn)動(dòng)模型，可以運(yùn)用速度一時(shí)間公式、位移一時(shí)間公式等建立數(shù)學(xué)關(guān)系；對(duì)于牛頓第二定律模型，可根據(jù)物塊的受力情況列出動(dòng)力學(xué)方程.

3.3 應(yīng)用模型，得出結(jié)論

應(yīng)用模型建立有關(guān)方程，求解方程，得到問(wèn)題的答案.在求解過(guò)程中，要注意單位的統(tǒng)一和運(yùn)算的準(zhǔn)確性.最后，對(duì)答案進(jìn)行檢驗(yàn)和分析，確保答案的合理性.

4結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)以上典型例題的分析可以看出，基于模型建構(gòu)的解題策略在高中物理動(dòng)力學(xué)問(wèn)題的解決中具有重要作用.它能夠幫助學(xué)生將復(fù)雜的實(shí)際問(wèn)題轉(zhuǎn)化為熟悉的物理模型，運(yùn)用模型的規(guī)律和方法進(jìn)行求解，提高解題效率和準(zhǔn)確性.在教學(xué)過(guò)程中，教師應(yīng)注重培養(yǎng)學(xué)生的模型建構(gòu)能力，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)分析問(wèn)題，確定物理模型，建立模型與實(shí)際問(wèn)題的聯(lián)系，從而提升學(xué)生解決動(dòng)力學(xué)問(wèn)題的能力，為學(xué)生的物理學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ).

參考文獻(xiàn)：

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