緊扣物理模型突破思維障礙 高考秘籍

2022-05-21 05:14:41 字數 2844 閱讀 7554

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不少同學反應:物理課聽得懂但課後作業難。這是什麼原因又如何解決呢?

首先,必須弄清中學物理學習特點:中學物理中研究的基本問題都是理想模型問題,先將大量實際問題科學抽象,簡化成理想化問題,然後研究這個理想化問題,得出有關物理規律,再運用這些規律去分析和解決具體的實際問題。其次,掌握科學的學習方法:

夯實基礎知識,通過對具體問題的審題、畫圖,借助基本模型的類化和移植,巧妙地突破思維障礙,順利地解決問題。

一、深刻理解基本模型的本質特徵

深刻理解基本模型的本質特徵是審題的要點,解題的關鍵,同時又可以防止機械地套用;且物理試題常是多個基本模型的整合,只要進行適當的細化即可。現分類說明中學物理中常見的基本模型及本質特徵。

(一)理想研究物件

1. 質點:不計物體形狀、大小和轉動的有質量的點;

2. 輕繩、輕杆、輕滑輪、輕彈簧:不計質量及與質量有關的重力、動量、動能等;

3. 不可伸長的細線:線可產生拉伸彈力、但不計伸長,線中張力的變化在瞬時完成;

4. 理想氣體:分子可看成質點,除碰撞外無相互作用力,故分子間無分子勢能,一定質量的理想氣體的內能只與溫度有關;

5. 點電荷(光源):可看成質點的電荷(光源);

6. 檢驗電荷:體積足夠小��能精確地研究電場中某點的情況,體積足夠小,電量足夠少��不影響原電場的分布;

7. 理想電表:電壓表的內阻無窮大,電流錶的內阻等於零;

8. 理想二極體:正向電阻為零,反向電阻無窮大;

9. 理想變壓器:不計銅損、鐵損,輸入功率等於輸出功率;

10. 勻強電(磁)場:場中各點的電場強度(磁感應強度)都相同,場線是一組間距相等的平行直線;

11. 純電阻用電器:遵循歐姆定律,電流做功使電能全部轉化為電熱;

……(二)理想條件

在分析物理問題時常常要排除物體所處外部條件的次要因素,突出主要方面,如:接觸面光滑��不計摩擦阻力;恒力��力的大小和方向保持不變;平行板電容器��板間電場是勻強電場,不考慮板邊緣處的非勻強電場;帶電粒子在電磁場中的運動��不考慮粒子的重力等。這樣處理會使研究的問題變得非常簡單。

(三)理想研究過程和運動狀態

1. 勻速直線運動:不變;

2. 勻變速運動:a恆定不變

①自由落體運動:;

②豎直上拋運動:方向相反;

③平拋運動:方向水平,a=g,a與v0方向垂直;

3. 圓周運動:a≠0且方向變化①勻速圓周運動:

合力(合力是變力,其中恒力的合力等於零)始終指向圓心,提供向心力,產生向心加速度,②變速圓周運動:合力一般不指向圓心,必須結合能量守恆定律分析;

4. 簡諧振動:①受力特點:f=-kx;②運動特徵:變加速運動,具有週期性、對稱性和往復性;

5. 碰撞:作用時間極短,不考慮位置變化,遵循動量守恆定律;彈性碰撞還遵循動能守恆定律;

6. 等溫、等容、等壓變化:分別指溫度、體積、壓強不變;絕熱變化:q=0;……

二、抓住模型本質特徵,實現模型類化移植

解題的過程,實質上是還原物理模型的過程:明確研究物件、弄清物理過程、建立物理圖景。物理試題情境新穎,實際上也是在我們熟知的理想模型的基礎上發展和變化而來的,只要我們深刻地挖掘其隱含共性,實現解法的類化和移植,就可以縮短分析推理路徑。

(一)相似模型的類化

試題:根據磁場對電流會產生作用力的原理,人們研製出一種新型的發射炮彈的裝置��電磁炮,其原理如圖所示,把待發射的炮彈(導體)放置在強磁場的兩平行導軌上,給導軌通入強電流,使炮彈作為乙個載流導體在磁場作用下沿導軌加速運動,並以某一速度發射出去,如果想提高電磁炮的發射速度,理論上可怎麼辦?

解析:本題是一道實際問題,學生往往看不懂題目內容而無從下手。此類問題的關鍵並不在解題,而是先將實際問題轉化為基本模型,再運用物理知識求解。

學生對恒力作用下的勻變速直線運動這一基本模型掌握得非常好。仔細審題後解題思路自然就有了:

電磁炮在磁場的安培力(恒力)作用下做勻變速直線運動,由動能定理得:

又f=bil

則。由此可見:增加b、i、l、s,減少m均可提速。

(二)相近模型的移植

不同單元、不同屬性、不同要素的物理現象間常貌似相異,實質相近,在處理方法上往往具有同一規律,巧妙移植,可以達到事半功倍的效果

試題:如圖所示為探照燈,mn為水平雲層。開始時一束光垂直向上射出,現使光束在豎直平面以角速度勻速旋轉,當從開始旋轉60°時射到水平雲層上的亮斑的速度多大?

解析:本題是一道光學題,大部分同學看後卻百思不得其解。但在力學中有乙個模型很熟悉,(如圖所示)汽車a通過細繩跨過光滑定滑輪牽引物體b勻速上公升,當繩從豎直位置旋轉60°時,車速多大?

仔細分析,比較發現它們很相近,遵循同一規律(如下表)

顯然,用聯絡的觀點,靈活、巧妙移植相近物理模型,用等效的方法把握問題的本質和規律,可以達到「柳暗花明又一村」的結果。這種移植素材還有很多,如:光的反射與彈性碰撞,單擺振動與電磁振盪,庫侖定律與萬有引力定律,天體執行與原子模型,天體雙星與雙電荷運動,電流場與靜電場等等。

同學們在學習中可以多多體會、應用。

三、模型化處理問題時要具體情況具體分析

隨著對某些模型的認識逐漸加深,還要防止面對具體問題的知識變化,思維單一,生搬硬套。此時應具體問題具體分析,忽略次要因素,突出主要方面。如在研究地球繞太陽公轉問題時,地球的大小、自轉都是次要因素,可將地球看成質點,而對於「用彈簧在兩極及赤道上稱量物體重量時,示數為何不一樣?

」的處理時,地球的大小、自轉就成了主要因素,地球就不能看成質點。再如:當兩平板間接交變電壓,討論帶電粒子在其間運動時,通常借助於v-t圖象進行分析,但當帶電粒子穿越電場的時間遠小於交變電壓的週期時,又將交變電壓(場)理想成恆定電壓(場)處理(84年全國高考試題)。

因此,在解決具體問題時,一定要注意對相關模型的屬性、特徵、規律等全面的比較和考證,防止機械盲目地類化和移植,其結果往往適得其反,大相徑庭。

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