物理模型題的求解方法

1、物理模型題的求解方法隨著高考改革的深入，命題更加側(cè)重于對考生應(yīng)用能力及創(chuàng)新能力的考查，大量實踐應(yīng)用型、信息給予型和估算型試題頻繁出現(xiàn)。如何從實際情景中構(gòu)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(zhì)的一個重要因素，本文采擷幾例予以歸納，引導(dǎo)同學(xué)們掌握物理模型題的求解方法，達到培養(yǎng)學(xué)生靈活思變和創(chuàng)造性思維能力的目的。一、通過審題攝取題干信息物理模型題中常設(shè)置某種新情景，提出新問題或介紹現(xiàn)實生活中的一個具體現(xiàn)象或過程，要求考生在通過閱讀題干材料后根據(jù)閱讀理解的水平去甄別篩選有用的物理信息，為建立物理模型開好局起好步。例1在原子反應(yīng)堆中抽動液態(tài)金屬或在醫(yī)療器械中抽動血液等導(dǎo)電液體時，由于不

2、允許傳動的機械部分與這些液體相接觸，常使用一種電磁泵，如圖為這種電磁泵的結(jié)構(gòu)圖。將導(dǎo)管放在磁場中，當(dāng)電流通過導(dǎo)電液體時，這種液體即被驅(qū)動。如果導(dǎo)管中截面面積為ah，磁場的寬度為L，磁感應(yīng)強度為B，液體穿過磁場區(qū)域的電流強度為I，求驅(qū)動力造成的壓強差為多少？分析：題源背景是電磁泵問題，旨在考查攝取信息構(gòu)建模型的實踐創(chuàng)新能力。題干中用了相當(dāng)數(shù)量的文字介紹電磁泵，但在涉及到液體被驅(qū)動原因時又避而不談，有意設(shè)下陷阱。通過審題發(fā)現(xiàn)：當(dāng)電流流過液體時，液體即為載流導(dǎo)體，在磁場中將受安培力作用而被驅(qū)動，所以液體通電后可視為導(dǎo)體，從電磁場的原理圖中可抽象出如圖所示的模型，即通電導(dǎo)體在磁場中受力模型。解析：以載

3、流導(dǎo)體為研究對象，設(shè)液體沿V的方向流動，根據(jù)安培力公式知載流導(dǎo)體受到的安培力為F=BIh，其方向由左手定則判定。又壓強，且S=ah，聯(lián)立解得。二、弄清題給信息的諸因素中起主要作用的要素在研究紛繁復(fù)雜的自然界時，為突出現(xiàn)象的本質(zhì)，使規(guī)律簡單明晰，常將研究對象加以抽象，保留起決定影響的主要因素，以突出其特征及規(guī)律。在求解物理模型題時也可忽略次要因素，簡化問題，為建立理想化的模型奠定基礎(chǔ)。例2(05年全國卷)原地起跳時，先屈腿下蹲，然后突然蹬地。從開始蹬地到離地是加速過程(視為勻加速)，加速過程中重心上升的距離稱為“加速距離”。離地后重心繼續(xù)上升，在此過程中重心上升的最大距離稱為“豎直高度”?，F(xiàn)有下

4、列數(shù)據(jù)：人原地上跳的“加速距離”d1=050m，“豎直高度”h1=10m；跳蚤原地上跳的“加速距離”d2=000080m，“豎直高度”h2=010m。假想人具有與跳蚤相等的起跳加速度，而“加速距離”仍為050m，則人上跳的“豎直高度”是多少？分析：題干向我們介紹了加速距離和豎直高度這些新概念，并將人的跳高和跳蚤的跳高過程進行對比。通過仔細(xì)審題不難發(fā)現(xiàn)“人和跳蚤的整個運動過程都視為質(zhì)點”且“人具有與跳蚤相等的起跳加速度”這兩條關(guān)鍵信息，從而為問題的順利求解鋪平了道路。解析：用a表示跳蚤起跳的加速度，V表示離地時的速度，則對加速過程和離地后的上升過程分別有V2=2ad2和V2=2gh2成立。若假想

5、人具有和跳蚤相同的加速度a，令V0表示在這種假想下人離地時的速度，H表示與此相應(yīng)的豎直高度，則加速過程和離地后上升過程分別滿足=2ad1和=2gH，整理得，代入數(shù)值解得H=63m。三、類比聯(lián)想構(gòu)建模型在仔細(xì)審題抓住關(guān)鍵信息的基礎(chǔ)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(fù)雜的物理現(xiàn)象和過程轉(zhuǎn)化成為理想的、等效的、簡單的物理模型，把新情景問題轉(zhuǎn)化為簡單而熟悉的模型來解決。例3有一條干涸的水渠，其底部是半徑很大（約幾十米）的圓弧，兩位同學(xué)在水渠底部溜旱冰，他們帶有旱冰鞋、秒表、長約1米的光滑木板，在溜冰間隙他們想用現(xiàn)有器材估測該水渠底部的圓弧

6、半徑，請你幫助他們設(shè)計測量的方案來？分析：本題初看起來覺得無從下手，但經(jīng)仔細(xì)推敲可類比聯(lián)想單擺的運動來處理，將旱冰鞋放在渠底做往復(fù)運動，如果忽略阻力，旱冰鞋的運動與單擺的小角擺動相同，用秒表測出振動的周期代入周期公式求解即可。此外還可以構(gòu)造豎直面內(nèi)等時圓模型來處理，將長木板的一端擱在水渠底部的最低點，另一端靠在水渠底部的圓弧上，那么在長木板與豎直方向的鉛垂線所決定的平面內(nèi)可作一個以長木板為弦的圓，此時旱冰鞋在光滑長木板上滑動的時間與重物自由下落直徑所用的時間是相等的，再運用相應(yīng)的規(guī)律進行求解。解析：方法一：使旱冰鞋在底部做小角擺動，用秒表次出N次往復(fù)運動的時間t，依單擺的周期公式可得，可得水渠

7、底部的圓弧半徑約為。方法二：用旱冰鞋找出水渠的最低點后，將長木板的一端擱在水渠底部的最低點，另一端靠在水渠底部的圓弧上，用秒表測出旱冰鞋從長木板一端滑到另一端的時間t，因等時圓內(nèi)物體沿任一光滑弦滑動的時間都是相同的，故有，即。四、選擇相關(guān)的物理規(guī)律求解通過觀察分析，提煉出現(xiàn)實情景的物理模型后，可納入到相關(guān)的知識體系中結(jié)合某些物理關(guān)系，給出一定的條件，提出需要求解的物理量，最后按常規(guī)問題的求解方法列方程求解。例4如圖為一個方形的裝水容器，當(dāng)容器以加速度a向右做勻加速運動時，求容器的水面與水平面的夾角為多大？分析：當(dāng)容器勻加速運動時，設(shè)容器內(nèi)的水面與水平面的夾角為，類似于一個斜面，我們可以運用斜面模型，取一微元水為研究對象，在重力和支持力的共同作用下向右做勻加速運動，它與放在光滑斜面上的小物體運動遵循相同的規(guī)律，再運用牛頓運動求解。解析：取質(zhì)量為m的微元水為研究對象，由受力圖可得Nsin=ma和Ncos=mg，聯(lián)立解得容器的水面與水平面的夾角。形形色色的物理模型題源于生產(chǎn)和生活，初看起來解決此類問題較為復(fù)雜。如