妙用模型 改進高中物理解題教學(xué)

周余豐

(江蘇省無錫市宜興市周鐵中學(xué) 214200)

從2021年到2022年這兩年各地的高三模擬題來看，靠題海戰(zhàn)愈發(fā)難以適應(yīng)新高考要求.很多老師也知道要在新授課與解題教學(xué)中滲透物理模型方法教育，但目前學(xué)生最大的解題困境是無法將題目的文字信息轉(zhuǎn)化為對應(yīng)的物理模型.我們教師如果在解題教學(xué)中能用類比的方法，讓學(xué)生分析相似的物理模型，就能做到事半功倍，真正提升學(xué)生的科學(xué)思維素養(yǎng)和解題能力.

1 從力學(xué)角度類比相似物理模型

有些物理問題需要分析物體的受力特點，從受力角度去尋找類似的物理模型，下面以簡諧運動模型為例來討論如何引導(dǎo)學(xué)生解決這一類問題.

1.1 物體受力明確，模型不清楚

例1如圖1所示，光滑水平面上有一勁度系數(shù)為k的輕彈簧左端固定，右端連一質(zhì)量為m、電量為q帶負電小物塊，水平面上方有一電場強度大小為E、水平向右的勻強電場.開始時物塊在大小為2qE，方向向右的外力F作用下靜止在M點，設(shè)物塊在M點的電勢能為零.現(xiàn)將力F撤去，則物塊運動過程中，下列說法正確的是( ).

A.彈簧和物塊組成的系統(tǒng)機械能之和不變

B.彈簧處于原長時物塊的速度最大

圖1

圖2

通過以上兩個角度對這題進行講評后，學(xué)生自然能感受到用模型解題的便捷.而我們教師解題教學(xué)的目標就是要讓學(xué)生養(yǎng)成對復(fù)雜物理問題具體分析，會建立類似模型使物理問題化難為易.

1.2 物體受力特點未深究，模型不清楚

有些物理情境中物體的受力并不清晰，需要學(xué)生仔細分析后才能挖掘出力學(xué)特點，從而找出背后隱藏的物理模型.運用模型對應(yīng)的規(guī)律，就可以高效的解決問題.

例2如圖3(a)所示，光滑水平面上放有質(zhì)量為M=2kg的足夠長的木板B，通過水平輕彈簧與豎直墻壁相連的物塊A疊放在B上，A的質(zhì)量為m=1kg，彈簧的勁度系數(shù)k=100 N/m.初始時刻，系統(tǒng)靜止，彈簧處于原長，現(xiàn)用一水平向右的拉力F=10N作用在B上，已知A、B間動摩擦因數(shù)μ=0.2，g取10m/s2.則( ).

A.A受到的摩擦力逐漸變大

B.A向右運動的最大距離為4cm

C.B做加速度減小的加速運動

D.B對A的摩擦力一直對A做正功

圖3

同一個彈簧振子的簡諧運動模型可能條件會有所不同，但找對了模型后，運用簡諧運動規(guī)律對解決相關(guān)物理問題就順暢多了.比起以往難尋題目所隱藏的物理規(guī)律，模型解題則顯得有章可循.

2 從運動學(xué)角度類比相似物理模型

前面講了從物體的受力特點去尋找類似的物理模型，有些物理問題還需要結(jié)合運動學(xué)特點才能找準模型.下面以類平拋運動模型為例.

2.1 物體受力無法確定，模型不清楚

例3 如圖4所示，一無限長通電直導(dǎo)線固定在光滑水平面上.一質(zhì)量為0.02kg的金屬圓環(huán)在該平面內(nèi)以大小v0=2m/s、方向與電流方向成60°角的初速度滑出，直到達到穩(wěn)定.求：整個過程金屬圓環(huán)產(chǎn)生的電能和圓環(huán)受到安培力的沖量.

圖4

2.2 物體受力復(fù)雜，運動復(fù)雜，模型不清楚

例4如圖5所示，在一個足夠大、表面平坦的雪坡頂端，有一個小孩坐在滑雪板上.給他一個大小v0的水平初速度使其運動.設(shè)雪坡與滑雪板之間的動摩擦因數(shù)μ

圖5

A.一直做曲線運動

B.時間足夠長速度方向會與初速度垂直

C.若μ值合適可以沿初速度方向做勻速直線運動

D.做與初速度方向保持小于90°角的加速直線運動

分析學(xué)生意識到要用類平拋運動模型，但在第一環(huán)節(jié)的受力分析中學(xué)生無法判斷滑動摩擦力的方向.便在模型的選擇上更加不自信，而束手無策了.其實此題滑動摩擦力有水平向左和沿斜面向上兩個分力，小孩和滑雪板整體作為質(zhì)點模型在水平向右做減速直線運動；根據(jù)μ

3 從能量轉(zhuǎn)化角度、運動特點類比相似物理模型

例5如圖6所示，質(zhì)量為0.1 kg的小圓環(huán)A穿在光滑的水平直桿上，用長為L=0.8 m的細線拴著質(zhì)量為0.2 kg的小球B，B懸掛在A下方并處于靜止狀態(tài).t=0時刻，小圓環(huán)A獲得沿桿向左的沖量0.6 N·s，g取10 m/s2.下列說法正確的是( ).

圖6

A.t=0時刻細線對B的拉力大小為2 N

B.小球B第一次運動到A的正下方時A的速度最小

C.從小球B開始運動到第一次回到A的正下方的過程中，細線對A先做負功再做正功

D.從小球B開始運動到第一次回到A的正下方的過程中，合力對B的沖量為0.6 N·s

圖7

從上述5道例題的答題情況來看，學(xué)生在面對新的物理情境時不能轉(zhuǎn)化為對應(yīng)的物理模型，教師在解題教學(xué)中要更多地引導(dǎo)學(xué)生對相似的物理問題進行對比、總結(jié)，讓學(xué)生在運用物理模型解決生活中的實際問題時反過來加深對物理概念和規(guī)律的理解.只有這樣才能讓學(xué)生體會到學(xué)習的成就感，增強學(xué)習的動力.