高中物理模型的构建.doc
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1、Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more.-author-date高中物理模型的构建高中物理模型的构建高中物理模型的构建 一、物理模型分析重庆高考已进入五个年头,随着新课程改革的深入,我省高考试题更加突出对考生应用能力及创新能力的考查,大量实践应用型、信息给予型、估算型试题呈逐年增多的趋势。因此,研究在实际情景中构建物理模型的方法,既是教师教学研究的一个重要方向,也是培养学生解决实际问题的能力、提高学生应对高考策略的一个重要环节。物
2、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、定理都是对一个个不同的模型的描述,我们解题
3、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。二、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。三、相关模型的举例解析1、物质结构的模型例1 理想气体是一种气体模型,
4、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C、气体分子的平均间距不变 D、气体压强一定增加解析: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
5、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。考题方向:本题要求将实际的气体抽象成理想化的模型(理想气体)后进行分析讨论,考查了影响物体内能的决定因素、改变物体内能的两种方法、热力学第一定律及气体压强与温度、体积的关系等,用功能关系分析热学问题是高考热学考查的重点,常以选择题形式出现。 2、作用过程的模型ABCD例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
6、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( )(2)假设风筝与竖直方向成角,风筝的质量,面积,空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)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的那个极短空气柱的质量为,则 由题意可知:空气柱碰撞风筝后以原速率返回,以的空气柱为研究对象,受到垂直于
7、风筝的作用力,使垂直风筝方向的动量发生了改变,根据动量定理 由得代入数据得,根据牛顿第三定律知风筝受到的反作用力大小。绳子的拉力 =19N.设绳与竖直方向的夹角为,则。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。例3 如图所示,在光滑的水平面上静止着两小车A和B,在A车上固定着强磁铁,总质量为5kg,B车上固定着一个闭合的螺线管,B车的总质量为10kg。现给B车一个
8、水平向左的100 Ns的瞬间冲量,若两车在运动过程中不发生直接碰撞,则相互作用过程中产生的热能是多少?解析:通过类比等效的思维方法将碰撞等效为“子弹击木块”(未穿出)的物理模型。由于感应电流产生的磁场总是阻碍导体和磁场间的相对运动,A、B两车之间就产生排斥力,以A、B两车为研究对象,它们所受合外力为零,动量守恒,当A、B车速度相等时,两车相互作用结束,据以上分析可得:从B车运动到两车相对静止过程,系统减少的机械能转化成电能,电能通过电阻发热转化为焦耳热。根据能量转化与守恒:迁移对比:“子弹击木块”是中学阶段典型而又重要的一个模型,物理学习过程中能等效成子弹击木块的模型很多,比如,物块滑上木板,
9、磁铁穿圆环,两带电小球在同一直线上运动等,这种模型在高考试题中经常出现。例4 如图所示,光滑水平面上有一小车,小车上固定有杆,总质量为M,杆顶系一长为L的轻绳,绳另一端系一质量为m的小球,绳被水平拉直处于静止状态(小球处于最左端),将小球由静止释放,小球从最左端摆下并继续摆至最右端的过程中,小车运动的距离是多少?解析:本题球和车组成的系统可等效类比成“人船模型”,但要注意球和车的相对位移为2L 。设某一时刻小球的速度水平分量为(方向向右),小车的速度为V(方向水平向左),选水平方向向左为正方向,根据动量守恒定律有:,即则小球的位移与小车的位移满足 又 以上两式联立得 积累活用: “人船模型”可
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