巧建物理模型解題提高課堂教學效率

謝銀英

【摘 要】學生能否順利解決物理問題取決于構建準確的物理模型和應用物理模型解題的能力，在中學物理教學中應加強培養(yǎng)學生構建物理模型和提高應用物理模型的能力，從而更加有助于提高高效課堂教學的效果。

【關鍵詞】中學物理教學；物理模型；高效課堂

模型法是物理學研究問題的一種重要方法，很多物理問題的解答都需要通過構建物理模型來解決，如果模型構建得好，可大大提高解題速度。高考中常出現(xiàn)物理模型類題型，說明物理模型在高考中的地位特別重要。如何從實際情景中構建物理模型，借助物理規(guī)律解決實際問題，是考查考生思維品質的一個重要因素。本文采擷幾例予以歸納，引導同學們掌握物理模型題的求解方法，培養(yǎng)學生靈活思變和創(chuàng)造性思維能力，最終達到高效課堂教學的目的。

一、類比聯(lián)想，構建模型

例1.在光滑水平面上的O點系一長為L的絕緣細線，線的另一端系一質量為m、帶電荷量為q的小球，如圖1所示。當沿細線方向加上場強為E的勻強電場后，小球處于平衡狀態(tài)?，F(xiàn)給小球一垂直于細線的初速度v0，使小球在水平面上開始運動。若v0很小，則小球第一次回到平衡位置所需的時間為（ ）

A. B. C. D.無法確定

圖1

解析：帶電粒子在豎直平面內受到的重力與水平面給它的支持力平衡，在水平面內只受到電場力F1=qE和繩的拉力F2的作用。當v0很小時，擺球在水平面擺動的角度很小，擺動過程中受到的回復力，這與單擺在做簡諧運動過程中所受的回復力相似，故擺球的運動與單擺的運動模型相似，因單擺的周期為：

應用類比的方法可得到小球擺動的周期為：

因此，小球第1次回到平衡位置所需的時間為：

所以正確答案為B

點評：在仔細審題抓住關鍵信息的基礎上，可通過類比聯(lián)想或抽象概括、或邏輯推理、或原型啟發(fā)去尋找物理規(guī)律與已有信息的相似、相近或聯(lián)系，將復雜的物理現(xiàn)象和過程轉化成為理想的、等效的、簡單的物理模型，把新情景問題轉化為簡單而熟悉的模型來解決。有些單擺的物理模型看上去和我們平時見到的單擺形狀不同，但處理問題的方法完全可以用我們常見的單擺的方法處理，只是注意其中為等效擺長，為等效加速度，也可以看成是單擺靜止在平衡位置時懸線拉力產生的加速度。

二、理解常規(guī)物理模型，更快地理清解題思路

例2.如圖2所示，用輕彈簧將質量均為m=1kg的物塊A和B連結起來，將它們固定在空中，彈簧處于原長狀態(tài)，A距地面的高度h1=0.90m。同時釋放兩物塊，A與地面碰撞后速度立即變?yōu)榱悖捎贐壓縮彈簧后被反彈，使A剛好能離開地面（但不繼續(xù)上升）。若將B物塊換成質量為2m的物塊C（圖中未畫出），仍將它與A固定在空中且彈簧處于原長，從A距地面的高度為h2處同時釋放，C壓縮彈簧被反彈后，A也剛好能離地面。已知彈簧的勁度系數(shù)k=100N/m，求h2的大小。

解析：由于高中物理對彈性勢能的表達式不作要求，解決彈簧類問題時應注意兩種模型：①彈簧壓縮和伸長的形變量相同時，彈簧的彈性勢能相等；②彈簧連接兩個物體做變速運動時，彈簧處于原長時兩物體的相對速度最大，彈簧的形變量最大時兩物體的速度相等。

設A物塊落地時，B物塊的速度為v1，則有：

設A剛好離地時，彈簧的形變量為x，對于A物塊有：mg=kx

從A落地后到A剛好離開地面的過程中，對于A、B及彈簧組成的系統(tǒng)機械能守恒，則有：

換成后，設落地時，的速度為，則有：

從落地后到剛好離開地面的過程中，對于、及彈簧組成的系統(tǒng)機械能守恒，則有：，聯(lián)立解得：h2=0.5m

點評：縱觀歷年的高考試題，和彈簧有關的物理試題占有相當大的比重。高考命題者常以彈簧為載體設計出各類試題，這類試題幾乎貫穿整個力學的知識體系。對于彈簧，從受力角度看，彈簧的彈力是變力；從能量角度看，彈簧是個儲能元件。因此，彈簧問題能很好地考查學生的綜合分析能力，故備受高考命題老師的青睞。而與動量、能量相關的彈簧問題在高考試題中出現(xiàn)頻繁，而且常以計算題出現(xiàn)，在解題過種中考查彈簧彈性勢能問題時都要建立上述的物理模型。

三、由題設中條件分析歸納與條件相符合的物理模型

例3.如圖3所示，兩根等高的四分之一光滑圓弧軌道，半徑為r、間距為L，圖中oa水平，ob豎直，在軌道頂端連有一阻值為R的電阻，整個裝置處在一豎直向上的勻強磁場中，磁感應強度為B?，F(xiàn)有一根長度稍大于L、質量為m、電阻不計的金屬棒。若金屬棒在拉力作用下，從cd開始以速度v0向右沿軌道做勻速圓周運動，則在到達ab的過程中拉力做的功為多少？整個過程中金屬棒與導軌接觸良好，軌道電阻不計。

解析：金屬棒在軌道上向右做勻速圓周運動的過程中，穿過由金屬棒、導軌和電阻所組成的閉合回路的磁能量的變化規(guī)律與閉合線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場方向的軸做勻速圓周運動產生正弦交流電的條件相同。

金屬棒中產生正弦交流電的電動勢的最大值為Em=BLv0，有效值為

由閉合電路歐姆定律得I=E/R，在四分之一周期內產生的熱量Q=I2Rt且t=2πr/（4v0） ，由功能關系有：

解得拉力做的功為

點評：有些物理題目，閱讀完它的全部內容時，發(fā)現(xiàn)研究對象在整個過程中設立的情景與我們所熟記的物理模型情景完全不同，但如果我們仔細推敲，會發(fā)現(xiàn)研究對象在整個過程中的某些條件與我們熟悉的物理模型條件相同，建立相同的模型去解題，問題就解決了。

四、總結

學生分析物理過程時的“無從入手”，主要是對物理過程的“難以想象”造成的，學生需要具備較高的抽象思維能力，我們要努力創(chuàng)造條件，通過題目某些相同的條件建立起模型，把難以想象的情景運用熟悉情景展現(xiàn)出來。如在探究一個物體的運動規(guī)律時，通過畫物體受力圖、運動狀態(tài)圖以及運動學規(guī)律圖象，整個物理過程情景就能夠象放電影中的“慢動作”一樣清晰有序地展現(xiàn)在學生眼前，所求解的問題自然是迎刃而解了。