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1、中考物理模型构建题归类赏析江苏省姜堰市励才实验学校 张夏林文章来源：2008年下半年度试题与研究把复杂问题简单化、摒弃次要的条件，抓住主要的因素，对实际问题进行简洁处理，构建物理模型，这是一种重要的物理思想，在建立物理模型的基础上，有时为了更加形象地描述所要研究的物理现象、物理问题，还需要引入一些虚拟的内容来直观、形象的表达物理情境。如光线、磁感线都是虚拟假定出来的，但它们却可以直观、形象地表述物理情境与事实，方便的解决问题。近年来，以模型构建为情境的物理试题在各地中考试题中频频出现，并成为试题中的亮点。一、结构式模型例：（2007 株州市）在机械制造中有一个给大飞轮定重心的工序，该工序的目的
2、是使飞轮的重心发生微小的位移，以使它准确位于轴心上。如图1所示，一F图1个质量为M=80kg、半径为R=0.6m的金属大飞轮可在竖直平面内绕轴心（图中两虚线的交点）自由转动。用力推动一下大飞轮，飞轮转动若干周后停止。多次试验，发现飞轮边缘上的标记F总是停在图示位置。（1）根据以上情况，可以初步确定飞轮重心P可能在图中 。A轴心正下方的某一位置 B轴心左侧的某一位置C轴心右侧的某一位置（2）工人在飞轮边缘上的某点E处，焊接上质量为m=0.4 kg的金属后，再用力推动飞轮，当观察到 的现象时，说明飞轮的重心已调整到轴心上了。（3请在图中标出E的位置。（4）试求调整前飞轮的重心P到轴心的距离l。解析
3、：结构模型法就是把物理实体或物理现象经过科学抽象转化为一定的模型，运用这种方法的目的，是为了摒弃次要条件，突出主要因素，从而方便对物体本质的研究，是把复杂问题简单化、形象化、具体化的重要手段。本题考生只要能巧妙的把飞轮分别看成二力平衡和杠杆结构模型，此题就能迎刃而解。本题第（1）问中，我们可以把整个装置看成二力平衡的模型，飞轮静止时受两个力的作用，重力和轴心对飞轮的支持力，这两个力是一对平衡力，大小相等，方向相反，并且作用在同一直线上，支持力如图2所示，所以重心一定在支持力的作用线上。三个选项中只有重心只可能在轴心正下方某一位置符合上述要求，选A。第（2）问若飞轮的重心调整到轴心上，则飞轮停的
4、位置应该是任意的，所以答案为每次推动飞轮后，飞轮边缘上的标记F可以停在任意位置。（3）（4）问中可以把该装置看成杠杆模型，根据杠杆平衡条件，很容易解决这两问。在图2中，要使重心竖直上移到轴心上，则金属位置焊接点E只能在如图2所示位置。 考虑到调整后，飞轮可以停在任意位置，那么当飞轮的重心P和焊接点E转动到同一水平线上时（如图3所示），根据杠杆平衡条件Mgl = mgR图2图3解得：l=mR/M=04kg06m/80kg=310-3m=3mm 在初中阶段，我们利用悬吊法找重心、把滑轮和轮轴看成杠杆，原子结构模型等都采用了这种方法。二、理想化模型图4例：(2008 安徽省)干电池是我们实验时经常使
5、用的电源，它除了有稳定的电压外，本身也具有一定的电阻。实际使用时，可以把干电池看成一个理想的电源（即电阻为零）和一个电阻r串联组成，如图4（a）所示。用图4（b）所示的电路可以测量出一个实际电源的电阻值。图中R=14,，开关S闭合时，电流表的读数I=0.2A，已知电源电压U=3V，求电源电阻r的大小。解析：理想化模型是物理学的重要研究方法之一,在物理学的发展史上具有划时代的意义。本题把理想电源模型作为命题的背景，要求考生能跳出理想化模型的框架来解决实际问题。我们可以把怎个电路中电源看成一个理想电源，电路中电阻R与电阻r串联，所以R总=U/I=3V/0.2A=15，这样可以算出内阻 r= R总-
6、R=15-14=1。在初中阶段有很多仪表（如电流表和电压表的电阻）和很多实验都理想化了。如：研究真空能否传声时用了理想实验的方法：把音乐芯片放在广口瓶内，瓶口塞上插有玻璃管的软木塞，用抽气设备抽瓶中的空气，在抽气的过程中，人听到的音乐声逐渐变小，由于实验时无法达到绝对真空，在前面可靠事实的基础上推理出声音不能在真空中传播。又如：研究牛顿第一定律时用到了理想实验的方法。让滑块从同一斜面的同一高度滑到表面粗糙程度不同的水平木板上，发现水平木板越光滑，滑块滑得越远，在这一可靠事实基础上，推出假若木板绝对光滑（完全没有摩擦），滑块将做匀速直线运动。三、虚拟式模型例： (2008 宿迁市) 下列关于物质
7、世界的描述中正确的是（ ）A磁极之间的相互作用是通过磁场发生的，磁场是一种客观存在的物质 B磁感线就是细铁屑在磁铁周围排列成的曲线，没有细铁屑的地方就没有磁感线C扫地时尘土飞扬说明分子在永不停息地做无规则运动D大到天体、小到微观粒子都在不停地运动，其中太阳是宇宙的中心解析：虚拟式模型是为了直观、形象地表示客观存在的物质和现象，用虚拟的方式构建模型，来反映物质的分布及运动，这种方法能培养学生的空间思维能力。本题中磁感线是虚拟假定出来的，通过磁感线可以直观、形象地表示磁场的分布情况，磁场都是真实存在的。所以答案为B。在初中阶段表示光的直线传播的光线，描述磁场的磁感线，描述力的图示、示意图等都属于虚
8、拟式模型。四、类比式模型图5例：（2008 芜湖市）1 9世纪20年代，以塞贝克为代表的科学家已经认识到：温度差会引起电流。安培考虑到地球自转造成了太阳照射后地球正面与背面的温度差，于是提出如下假没：地球磁场是由绕地球的环形电流引起的。若规定地磁场N极与S极在地球表面的连线称为“磁子午线”(如图5所示)，则安培假设中的电流方向应该是( ) A由西向东垂直磁子午线 B由东向西垂直磁子午线 C由南向北沿磁子午线 D由北向南沿磁子午线图6图7解析：类比式模型是指由一类事物所具有的属性，可以推出与其类似事物也具有这种属性的思考和处理问题的方法认识和研究物理现象、概念和规律时，将它与生活中熟悉且有共同特
9、点的现象进行灵活、合理的类比，将有助于学生对新概念的理解。本题根据通电螺线管周围存在磁场(如图6)的实验事实，可把绕地球的环形电流产生的磁场与通电螺线管周围存在磁场进行类比，看成是通电螺线管模型，再根据地磁场的方向和所学安培定则很容易判断出电流方向为由东向西垂直磁子午线，如图7，答案为A。除本题外我们还学到过其它类似的模型，如在认识电流、电压的概念、研究电源的作用和影响电阻大小的因素等概念或规律时，与水流水压模拟实验、抽水机的作用和水渠对水流的影响等物理现象进行类比，会使学生理解和掌握这些抽象的物理概念或规律产生其他方法无法替代的作用。综上所述，在科学研究中建立模型具有十分重要的作用。利用模型，可以使复杂问题的处理大为简化而不发生大的偏差；也可以使事物的运动规律具有比较简单的形式，从而让我们更好地去认识和掌握它们。构建模型还有助于培养人的创造思维能力，在平时教学中注意挖掘教学内容，改革教学方法，使学生变学会为会学，变被动为主动，变知识为能力。责任编辑：孟建华
