巧建物理模型突破思維困境——2014年高考物理壓軸題賞析

田 峰

(榆林市綏德中學(xué)　陜西 榆林　718000)

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巧建物理模型突破思維困境
——2014年高考物理壓軸題賞析

田 峰

(榆林市綏德中學(xué)陜西 榆林718000)

摘 要：高中物理新課標(biāo)注重對學(xué)生能力的培養(yǎng)，2014年高考壓軸題(新課標(biāo)全國卷Ⅰ)就是對學(xué)生能力的考查，構(gòu)建物理模型是解決物理問題的關(guān)鍵．建立這種理想模型的目的是為了暫時(shí)忽略與當(dāng)前考查不相關(guān)的初速度方向因素，借以化繁為簡，以利于問題的分析、討論，從而較方便地找出當(dāng)前所研究的最基本的規(guī)律，這是一種重要的科學(xué)方法，也是物理學(xué)中常用的科學(xué)方法．

關(guān)鍵字：高中物理構(gòu)建理想模型

高考物理試題著重考查考生的知識、能力和科學(xué)素養(yǎng)．注重理論聯(lián)系實(shí)際，注意物理與科學(xué)技術(shù)、社會和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的聯(lián)系，注意物理知識在生產(chǎn)、生活中等方面的廣泛應(yīng)用，以有利于高等學(xué)校的選拔．高考物理在考查知識的同時(shí)注重考生能力的考查，并把能力考查放在首位，構(gòu)建正確的物理模型無疑是解決問題的關(guān)鍵，也是考生能力的重要體現(xiàn)．2014年高考物理(新課標(biāo)全國卷Ⅰ)第25題解答題，題型設(shè)計(jì)與往年相比有了新在變化，考查考生分析綜合能力和應(yīng)用數(shù)學(xué)知識處理物理問題的能力，是重力場與勻強(qiáng)電場的復(fù)合．大多數(shù)學(xué)生無法建立正確的物理模型，陷入思維困境．建立理想物理模型，可以把抽象思維具體化，突破思維困境．

(1)無電場時(shí)，小球到達(dá)A 點(diǎn)時(shí)的動能與初動能的比值；

(2)電場強(qiáng)度的大小和方向．

圖1

解析：本題第(1)小題是具體的平拋運(yùn)動，可以利用平拋運(yùn)動的基本關(guān)系式或推論方便解題，比較簡單．第(2)小題加電場后帶電小球不再是平拋運(yùn)動，對于該題的思路，考生首先想到的是描繪運(yùn)動軌跡，卻又難以如愿，所以大多數(shù)學(xué)生無法突破思維困境．事實(shí)上小球的運(yùn)動軌跡是不能具體化的，只能從狀態(tài)的變化入手，原標(biāo)準(zhǔn)答案的解法這里不再重復(fù)．筆者嘗試構(gòu)建了一個(gè)理想化物理模型，利用等效法，讓運(yùn)動小球有一個(gè)具體簡單的運(yùn)動路線，實(shí)現(xiàn)了由物理問題向數(shù)學(xué)模型的成功轉(zhuǎn)化，很適合學(xué)生的思維習(xí)慣，從而突破思維困境．

本題中小球帶電后受到電場力F和重力G的作用，由于保守力做功與路徑無關(guān)，所以假設(shè)小球以一定初動能分別沿直線OA從O運(yùn)動到A，沿直線OB運(yùn)動到B，然后通過計(jì)算兩個(gè)過程中電場力做功，確定電場方向．

圖2

由動能定理可得

ΔEk1=2F1h+mgh

即

2Ek0=2F1h+mgh

將

代入可得

圖3

由動能定理可得

ΔEk2=3F2h+3mgh

即

5Ek0=3F2h+3mgh

將

代入可得

由此可知，無論沿OA還是OB移動帶電小球，相等距離電場力做功一樣多，所以電場力F在∠AOB的平分線OD上，如圖3所示，OA=OC，AC為等勢線．

不難看出，帶電小球沿OA和OB方向電場力的大小是相同的，那么電場的方向一定在∠AOB的對角線上，如圖4所示.

圖4

所以就有

理想化方法是一種科學(xué)抽象，是研究物理學(xué)的重要方法，它根據(jù)所研究問題的需要和具體情況，確定研究對象的主要因素和次要因素，保留主要因素，忽略次要因素，排除無關(guān)干擾，從而簡明扼要地揭示事物的本質(zhì)．本題忽略初速度方向因素，建立一個(gè)沿直線運(yùn)動的理想化模型．建立這種理想模型的目的是為了暫時(shí)忽略與當(dāng)前考察不相關(guān)的初速度方向因素，借以化繁為簡，以利于問題的分析、討論，從而較方便地找出當(dāng)前所研究的最基本的規(guī)律，這是一種重要的科學(xué)方法，也是物理學(xué)中常用的科學(xué)方法．

可以看出，2014年高考題命題延續(xù)了近年來題型多變的原則，試題注重考查學(xué)生對物理本質(zhì)的理解、物理知識的應(yīng)用能力．這就要求教師在物理教學(xué)中加強(qiáng)基礎(chǔ)知識的應(yīng)用教學(xué)，重視學(xué)生對物理知識的靈活處理，對物理模型的建立、物理規(guī)律的處理具有靈活性和多樣性，尤其要真正發(fā)展學(xué)生的學(xué)科思維能力．善于根據(jù)物理問題、物理?xiàng)l件建立理想化模型、理想化過程、理想化狀態(tài)、理想化結(jié)構(gòu)等，將一些看似復(fù)雜的問題情境簡化為簡單模型，突破思維困境，可以達(dá)到靈活地解決物理問題的目的．

收稿日期：(2015-01-16)