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1、高中物理模型的构建与应用韩宇物理学所研究的运动，是一种简单的运动形式，物理学的研究方法是通过建立一个个物理模型，使实际复杂多样的物质世界简单化，建立物理模型的过程是一个抽象思维过程，要能抓住事物的本质。高中阶段的物理学习为我们积累了很多物理模型，我们可以将其分类成：物质结构的模型(如质点、物体的分子结构、理想气体、原子结构、核结构、导体等等)；作用过程的模型(如：碰撞、能量转化过程、光电效应、核变化等)；运动模型(匀速直线运动、匀变速直线及曲线运动、平抛运动、圆周运动、简谐振动等等)；其他模型(电流、电阻、磁流体发电机、电磁流量计、理想变压器等等)，也可以说物理中所有的公式、定律、定理都是对一
2、个个不同的模型的描述，我们解题所列的等式，就是将物理模型与具体物理情景相结合的产物。有了系统的物理知识就有了足够的物理模型，解题时所谓建立模型，就是根据从题目中提炼出的有效信息，调出大脑中储存的与之相关的物理模型。一、运用物理模型解题的步骤一、运用物理模型解题的步骤1、收集题干信息，确定研究对象和研究过程，弄清物理现象和物理事实。2、处理各物理信息的相互关系。3、寻找与已有信息(某种知识、方法、模型)的相似、相近或联系，通过类比联想或抽象概括，或逻辑推理，或原型启发，建立起新的物理模型，将新情景问题“难题”转化为常规试题。4、选择能适合题给信息的物理方法和物理规律求解，力求简洁。二、相关模型的
3、举例解析二、相关模型的举例解析1、物质结构的模型例例 1 1 理想气体是一种气体模型，是对真实气体的抽象，其微观的特点是：理想气体分子线度可以忽略不计，即具有一定的质量而没有大小；分子之间以及分子与器壁间除了弹性碰撞外无其他作用力。通常不易液化的气体在压强不是太大、温度不是太低的情况下，可视为理想气体。现有一定质量的氢气，装在绝热密闭的气缸内，如图所示，若稍稍向下移动活塞压缩气体，则下列叙述符合事实的是（ ）A、气体的内能一定增加利时 B、气体的温度一定升高2C、气体分子的平均间距不变 D、气体压强一定增加解析：解析：理想气体是一种气体理想模型，由题中所给信息可知：分子间没有引力和斥力，这一特
4、殊的结构决定了理想气体的性质不同于一般气体，分子间的势能随着分子间的作用力消失而不复存在，其内能仅仅指所有分子动能的总和。压缩气体对气体做功，绝热保证了没有热传递发生，根据热力学第一定律，内能是一定增加，而温度是分子平均动能的标志，分子数目不变，内能增加，温度一定升高，体积减小，气体分子间距明显变小。由于分子的平均动能增加，且分子的密集程度增大，故气体的压强一定增加。2、作用过程的模型例例 2 2 放风筝时人要拉着绳子奔跑一段距离以获得升力。一段时间后，风筝静止在空中。(1)当风筝在空中处于平衡时，如图所示关于拉绳和风筝的方向中，最合理的图应该是（ C C ）(2)假设风筝与竖直方向成角，风筝
5、的质量，面积，空 37kgm18. 02125. 0ms 气沿水平方向吹向风筝的速度为。空气密度取，求绳子应与竖直方向成多少3/25. 1mkg度的角?绳中拉力为多少?(设气流与风筝的碰撞是完全弹性碰撞，g 取)2/10sm解析：解析：(1)水平方向气流吹向风筝产生了垂直风筝表面的作用力，风筝要静止，这个作用力应与重力和拉力的合力为 0，只有 c 图中三力可以平衡，如图所示，故选 C。(2)建立一个柱体模型，假设在极短的时间垂直吹到风筝面上t的那个极短空气柱的质量为，则 mtvSVmcos由题意可知：空气柱碰撞风筝后以原速率返回，以的空气柱m为研究对象，受到垂直于风筝的作用力， ，使垂直风筝方
6、向的动量发生了改变，根据动量定理cos2 mvtF 由得22cos2 SvF 代入数据得，根据牛顿第三定律知风筝受到的NF20反作用力大小。NF20绳子的拉力 =19N.22)37sin()37cos(mgFFTABCD3设绳与竖直方向的夹角为 ，则。1916cossinTF1916arcsin技巧点拨：技巧点拨：此题首先找出风筝的平衡条件，其次确定空气的流动对风筝产生的作用力的大小和方向。对气流、液体流、粒子流等连续问题应取一个柱体模型作为研究对象是解题的关键。另外，运用动量定理时应注意方向性，即在垂直于风筝方向的空气动量发生变化，而沿风筝方向的不变，所以要进行速度的分解。3、运动模型例例
7、3 3 某一运动员从一平台上跳下，下落 2 m 后双脚触地，接着他用双脚弯曲的方法缓冲，使重心又下降了 0.5 m,在着地过程中，地面对他双脚的平均作用力估计为( )A、自身重力的 2 倍 B、自身重力的 5 倍C、自身重力的 8 倍 D、自身重力的 l0 倍解析：解析：这个问题以同学们熟悉的生活中的物理现象为背景，渗透了高中力学中运动学规律、动能定理等知识及匀变速直线运动及质点等模型。要求同学们解答这个问题时，首先把人抽象为质点模型，人的运动抽象为先做匀加速后做匀减速运动的运动模型。原型问题通过抽象后与如图所示理想问题(小球从高 H 处自由下落进入砂坑 h 深度，求小球在砂坑中受到的阻力)类
8、同，然后运用整体动能定理列出：，解得：。故本题选 B。0)(hFhHmgNmgFN5例例 4 4 光滑斜面倾角为 ，斜面长为 L，斜面顶端有一小球沿斜面方向以水平速度抛出，如图所示，求小球滑到底端时的水平位移?0v解析：解析：本题中小球的运动是类平抛运动，对其分析受力得，其沿斜面方向的加速度为 sinsingmmga沿斜面方向上做初速度为，加速度为的匀加速运动，有0vsing2 21atL 沿初速度方向不受力，做匀速运动 tvx0三式联立得：水平位移sin20gLvx 技巧点拨：技巧点拨：类平抛运动的特点：合外4力 F 为恒力；且和初速度垂直，解题策略是：沿初速度方向和垂直初速度（合外力）0v
9、两个方向分别处理，即方向：匀速运动，；沿 F 方向：匀加速运动0v0vvxtvx0直线运动， ， 。mFa atvy2 21aty 4其他模型物理中的模型非常多，而且也比较复杂，除了前面几种外，还有很多。建立物理模型的过程，就是从一类事物中抽象出一种共性的东西，而不是去抓住各自的具体特征不放，通俗的讲就是“这个等效于什么” ，是一种思维的过程除物质结构的模型、作用过程的模型、运动的模型外，常见的还有：等效弹簧、等效电阻、等效电源、等效电路，等效磁场(螺线管的磁场等效于条形磁铁的磁场)、等效小磁针等等，根据信息抽象出等效模型的思维过程，在解题中显得非常重要。解决物理问题，建立正确的物理模型，很好
10、的应用物理模型是关键。建立物理模型要遵循物理研究问题和解决问题的思想及方法，即是把抽象问题具体化，化抽象思维为形象思维；把具体问题理想化，深入浅出，化复杂为简单，当然建模过程中要遵循原物理情景及规律，尊重客观事实。学生如能贯彻这样的学，定能形成良好的解题习惯，提高分析和解决问题的能力，从而提高物理水平。过程方法：过程方法：平时在学习物理的过程中熟知一些常规模型的受力特点、应用规律、使用的范围，对相似、相近的物理情景产生联想，从而形成需解决问题与已解决问题的内在联系的桥梁，实现已知物理模型向新的物理模型的有效迁移。研究小结：研究小结：通过这个原型问题，可以训练学生通过分析、近似、简化抽象物理模型的能力，同时也认识到物理学知识的实用性，在分析问题过程中同时也对思维能力和相互联系能力做进一步的体会。韩宇 2011-9-8
