物理模型與物理問(wèn)題處理

1、物理模型與物理問(wèn)題處理 物理模型物理模型 與物理問(wèn)題處理與物理問(wèn)題處理 物理模型的概念和創(chuàng)建背景物理模型的概念和創(chuàng)建背景 1、從廣義上講，物理學(xué)中的各種基本概念和過(guò)程都可視、從廣義上講，物理學(xué)中的各種基本概念和過(guò)程都可視作物理模型，如物質(zhì)、長(zhǎng)度、時(shí)間、空間等，因?yàn)樗鼈兌际且宰魑锢砟Ｐ?，如物質(zhì)、長(zhǎng)度、時(shí)間、空間等，因?yàn)樗鼈兌际且愿髯韵鄳?yīng)的現(xiàn)實(shí)原型（實(shí)體）為背景加以抽象出來(lái)的物理概念；各自相應(yīng)的現(xiàn)實(shí)原型（實(shí)體）為背景加以抽象出來(lái)的物理概念；從狹義上講，只有那些反應(yīng)特定問(wèn)題或特定具體事物的結(jié)構(gòu)才從狹義上講，只有那些反應(yīng)特定問(wèn)題或特定具體事物的結(jié)構(gòu)才叫物理模型，如高中階段提到的質(zhì)點(diǎn)、勻速直線運(yùn)動(dòng)等，一

2、般叫物理模型，如高中階段提到的質(zhì)點(diǎn)、勻速直線運(yùn)動(dòng)等，一般情況下，我們談的都是狹義上的物理模型。情況下，我們談的都是狹義上的物理模型。 2、物理學(xué)的目的在于認(rèn)識(shí)自然，把握自然，而自然界中、物理學(xué)的目的在于認(rèn)識(shí)自然，把握自然，而自然界中任何事物都與其他事物之間存在著千絲萬(wàn)縷的聯(lián)系，并在不斷任何事物都與其他事物之間存在著千絲萬(wàn)縷的聯(lián)系，并在不斷的變化著。面對(duì)復(fù)雜多變的自然界，人們著手研究時(shí)，總是遵的變化著。面對(duì)復(fù)雜多變的自然界，人們著手研究時(shí)，總是遵循這樣一條重要的方法論原則，即忽略次要因素、抓住主要矛循這樣一條重要的方法論原則，即忽略次要因素、抓住主要矛盾，或從簡(jiǎn)到繁、由易到難，循序漸進(jìn)，逐次深入

3、。根據(jù)這條盾，或從簡(jiǎn)到繁、由易到難，循序漸進(jìn)，逐次深入。根據(jù)這條原則，人們?cè)谔幚韽?fù)雜的問(wèn)題時(shí)，總是試圖把復(fù)雜的問(wèn)題分解原則，人們?cè)谔幚韽?fù)雜的問(wèn)題時(shí)，總是試圖把復(fù)雜的問(wèn)題分解成若干個(gè)較為簡(jiǎn)單的問(wèn)題逐個(gè)突破。正是基于這個(gè)思維過(guò)程，成若干個(gè)較為簡(jiǎn)單的問(wèn)題逐個(gè)突破。正是基于這個(gè)思維過(guò)程，人們創(chuàng)建了人們創(chuàng)建了“物理模型物理模型”這一工具和概念來(lái)解決問(wèn)題。這一工具和概念來(lái)解決問(wèn)題。 “通過(guò)物理概念和規(guī)律的學(xué)習(xí)過(guò)程，通過(guò)物理概念和規(guī)律的學(xué)習(xí)過(guò)程，了解物理學(xué)的研究方法，認(rèn)識(shí)物理了解物理學(xué)的研究方法，認(rèn)識(shí)物理實(shí)驗(yàn)、物理模型和數(shù)學(xué)工具在物理實(shí)驗(yàn)、物理模型和數(shù)學(xué)工具在物理發(fā)展過(guò)程中的作用發(fā)展過(guò)程中的作用” 普通高中

4、物理課程標(biāo)準(zhǔn)普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn) 【例【例1】一跳水運(yùn)動(dòng)員從離水面】一跳水運(yùn)動(dòng)員從離水面10m高的平臺(tái)上向高的平臺(tái)上向上躍起上躍起,舉雙臂直體離開(kāi)臺(tái)面，此時(shí)其重心位于從手舉雙臂直體離開(kāi)臺(tái)面，此時(shí)其重心位于從手到腳全長(zhǎng)的中點(diǎn)，躍起后重心升高到腳全長(zhǎng)的中點(diǎn)，躍起后重心升高0.45m達(dá)到最高達(dá)到最高點(diǎn)，落水時(shí)身體豎直，手先入水（在此過(guò)程中運(yùn)動(dòng)點(diǎn)，落水時(shí)身體豎直，手先入水（在此過(guò)程中運(yùn)動(dòng)員水平方向的運(yùn)動(dòng)忽略不計(jì)）從離開(kāi)跳臺(tái)到手觸水員水平方向的運(yùn)動(dòng)忽略不計(jì)）從離開(kāi)跳臺(tái)到手觸水面，他可用于完成空中動(dòng)作的時(shí)間是面，他可用于完成空中動(dòng)作的時(shí)間是_s。（計(jì)算時(shí)，可以把運(yùn)動(dòng)員看作全部質(zhì)量集中在重心（計(jì)算時(shí)，可以把

5、運(yùn)動(dòng)員看作全部質(zhì)量集中在重心的一個(gè)質(zhì)點(diǎn)，的一個(gè)質(zhì)點(diǎn)，g取取10m/s2，結(jié)果保留二位數(shù)），結(jié)果保留二位數(shù)） 一、實(shí)際模型的抽象一、實(shí)際模型的抽象 參考答案：參考答案：1.7s 【例【例2】一升降機(jī)在箱底裝有若干個(gè)彈簧，設(shè)在某次事】一升降機(jī)在箱底裝有若干個(gè)彈簧，設(shè)在某次事故中，升降機(jī)吊索在空中斷裂，忽略摩擦力，則升降機(jī)故中，升降機(jī)吊索在空中斷裂，忽略摩擦力，則升降機(jī)在從彈簧下端觸地后直到最低點(diǎn)的一段運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，在從彈簧下端觸地后直到最低點(diǎn)的一段運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，（A）升降機(jī)的速度不斷減小）升降機(jī)的速度不斷減?。˙）升降機(jī)的加速度不斷變大）升降機(jī)的加速度不斷變大（C）先是彈力做的負(fù)功小于重力做的正功，然

6、后是彈）先是彈力做的負(fù)功小于重力做的正功，然后是彈力做的負(fù)功大于重力做的正功力做的負(fù)功大于重力做的正功（D）到最低點(diǎn)時(shí)，升降機(jī)加速度的值一定大于重力加）到最低點(diǎn)時(shí)，升降機(jī)加速度的值一定大于重力加速度的值。速度的值。參考答案：參考答案：CD【例【例3】 人的心臟每跳一次大約輸送人的心臟每跳一次大約輸送8 10-5m3的血的血液，正常人血壓（可看作心臟壓送血液的壓強(qiáng)）液，正常人血壓（可看作心臟壓送血液的壓強(qiáng)）的平均值約為的平均值約為1.5 104Pa，心跳約每分鐘，心跳約每分鐘70次。據(jù)次。據(jù)此估測(cè)心臟平均功率約為此估測(cè)心臟平均功率約為_(kāi)W。參考答案：參考答案：1.4W 二、抽象模型的還原二、抽象

7、模型的還原 【例【例4】單擺模型】單擺模型例例4-1：固定光滑圓弧軌道：固定光滑圓弧軌道AB部分所對(duì)應(yīng)的圓心角部分所對(duì)應(yīng)的圓心角小于小于5 ，末端切線水平。兩個(gè)相同的小球，末端切線水平。兩個(gè)相同的小球a、b分別分別從軌道的頂端和正中由靜止開(kāi)始下滑，比較它們到從軌道的頂端和正中由靜止開(kāi)始下滑，比較它們到達(dá)軌道底端所用的時(shí)間：達(dá)軌道底端所用的時(shí)間：tatb。 參考答案：等于參考答案：等于例例4-2： 已知如圖，勻強(qiáng)電場(chǎng)方向水平向右，場(chǎng)強(qiáng)已知如圖，勻強(qiáng)電場(chǎng)方向水平向右，場(chǎng)強(qiáng)E=1.5 106V/m，絲線長(zhǎng)，絲線長(zhǎng)l=40cm，上端系于，上端系于O點(diǎn)，下端點(diǎn)，下端系質(zhì)量為系質(zhì)量為m=1.0 10-4k

8、g，帶電量為，帶電量為q=+4.9 10-10C的小球，的小球，將小球從最低點(diǎn)將小球從最低點(diǎn)A由靜止釋放，求：由靜止釋放，求： （1）小球擺到最高點(diǎn)時(shí)絲線與豎直方向的夾角多大？）小球擺到最高點(diǎn)時(shí)絲線與豎直方向的夾角多大？（2）擺動(dòng)過(guò)程中小球的最大速度是多大？）擺動(dòng)過(guò)程中小球的最大速度是多大？OAE 參考答案：參考答案： 74 1.4m/s 【例【例5】碰撞模型】碰撞模型v0v1v2mAmBmBmA特殊情況：特殊情況：v1=v2例例5-1：一放置在光滑水平面上的汽缸，用活塞封：一放置在光滑水平面上的汽缸，用活塞封閉一定質(zhì)量的氣體，汽缸和活塞的質(zhì)量均為閉一定質(zhì)量的氣體，汽缸和活塞的質(zhì)量均為m ,如

9、圖如圖所示。現(xiàn)給活塞一個(gè)水平向左的初速度所示?，F(xiàn)給活塞一個(gè)水平向左的初速度v0 ,使其向左使其向左運(yùn)動(dòng)，則在以后的運(yùn)動(dòng)中，被封閉氣體內(nèi)能改變的運(yùn)動(dòng)，則在以后的運(yùn)動(dòng)中，被封閉氣體內(nèi)能改變的最大值為最大值為 。v0mm參考答案：參考答案： 2041mv例例5-2：如圖所示，在光滑的水平面上靜止放置一：如圖所示，在光滑的水平面上靜止放置一塊長(zhǎng)為塊長(zhǎng)為50cm、質(zhì)量為、質(zhì)量為1kg的木板，在木板的左端有的木板，在木板的左端有一質(zhì)量為一質(zhì)量為1kg的小銅塊（可視為質(zhì)點(diǎn)），一顆質(zhì)量的小銅塊（可視為質(zhì)點(diǎn)），一顆質(zhì)量為為10g的子彈以的子彈以200m/s的速度射向銅塊，碰撞后以的速度射向銅塊，碰撞后以100m

10、/s的速度被反向彈回。要使銅塊不從木板的右的速度被反向彈回。要使銅塊不從木板的右端滑下，求銅塊與木板間的動(dòng)摩擦因素至少為多少？端滑下，求銅塊與木板間的動(dòng)摩擦因素至少為多少？（g取取10m/s2）參考答案：參考答案：0.45 例例5-3：如圖所示，兩根間距為：如圖所示，兩根間距為l的光滑金屬導(dǎo)軌（不計(jì)電阻），的光滑金屬導(dǎo)軌（不計(jì)電阻），由一段圓弧部分與一段無(wú)限長(zhǎng)的水平段部分組成。其水平段加由一段圓弧部分與一段無(wú)限長(zhǎng)的水平段部分組成。其水平段加有豎直向下方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為有豎直向下方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，導(dǎo)軌水平段上靜，導(dǎo)軌水平段上靜止放置一金屬棒止放置一金屬棒cd，質(zhì)量為，質(zhì)量

11、為2m，電阻為，電阻為2r。另一質(zhì)量為。另一質(zhì)量為m，電，電阻為阻為r的金屬棒的金屬棒ab，從圓弧段，從圓弧段M處由靜止釋放下滑至處由靜止釋放下滑至N處進(jìn)入水處進(jìn)入水平段，圓弧段平段，圓弧段MN半徑為半徑為R，所對(duì)圓心角為，所對(duì)圓心角為60 ，求：，求：（1）ab棒剛進(jìn)入磁場(chǎng)區(qū)域時(shí)，通過(guò)導(dǎo)體棒中的電流；棒剛進(jìn)入磁場(chǎng)區(qū)域時(shí)，通過(guò)導(dǎo)體棒中的電流；（2）cd棒能達(dá)到的最大速度；棒能達(dá)到的最大速度；（3）cd棒由靜止到達(dá)最大速度的過(guò)程中，系統(tǒng)所產(chǎn)生的電熱。棒由靜止到達(dá)最大速度的過(guò)程中，系統(tǒng)所產(chǎn)生的電熱。rgRBl3gR31mgR31參考答案：參考答案： 【例【例6】氫原子模型】氫原子模型 例例6-1：

12、質(zhì)量為：質(zhì)量為m、電量為、電量為 q的質(zhì)點(diǎn)在靜電力的作的質(zhì)點(diǎn)在靜電力的作用下以恒定速率用下以恒定速率v 沿圓弧從沿圓弧從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)，其速點(diǎn)，其速度方向改變的角度為度方向改變的角度為（弧度），（弧度），AB弧長(zhǎng)為弧長(zhǎng)為s，則，則AB兩點(diǎn)間的電勢(shì)差及兩點(diǎn)間的電勢(shì)差及AB弧中點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)大小分別弧中點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)大小分別為為 A -B = ， E = 。0BAqsmvE2參考答案：參考答案： 【例【例7】流體模型】流體模型 （從處理問(wèn)題的方法角度來(lái)還原）（從處理問(wèn)題的方法角度來(lái)還原）I=nqSvBAvt例例7-1：如圖所示，宇宙飛船以：如圖所示，宇宙飛船以v=1.0 104m/s的速度進(jìn)的速度進(jìn)入

13、塵埃區(qū)，設(shè)塵埃均勻分布的密度入塵埃區(qū)，設(shè)塵埃均勻分布的密度 = 2.0 10-5kg/m3,飛船的觸飛船的觸塵正截面積塵正截面積S= 5.0m2，且認(rèn)為塵埃與，且認(rèn)為塵埃與飛船作飛船作用后都附著在飛船上，則飛船受到用后都附著在飛船上，則飛船受到塵埃的平均作用力塵埃的平均作用力為多大？為多大？1.0 104N參考答案：參考答案： v【例【例8】圖是磁流體發(fā)電機(jī)的發(fā)電原理圖：將一束等離子】圖是磁流體發(fā)電機(jī)的發(fā)電原理圖：將一束等離子體（即高溫下電離的氣體，含有大量帶正電和帶負(fù)電的微體（即高溫下電離的氣體，含有大量帶正電和帶負(fù)電的微粒，而從整體來(lái)說(shuō)呈中性）噴射入磁場(chǎng)，磁場(chǎng)中粒，而從整體來(lái)說(shuō)呈中性）噴射

14、入磁場(chǎng)，磁場(chǎng)中P、Q金金屬板上就會(huì)聚集電荷，產(chǎn)生電壓。設(shè)圖中兩塊金屬板的長(zhǎng)屬板上就會(huì)聚集電荷，產(chǎn)生電壓。設(shè)圖中兩塊金屬板的長(zhǎng)度均為度均為a，寬度均為，寬度均為b，金屬板平行且正對(duì)放置，間距為，金屬板平行且正對(duì)放置，間距為d，其間有勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為其間有勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，等離子體的流速為，等離子體的流速為v（保持不變）、電阻率為（保持不變）、電阻率為 ，外接負(fù)載電阻的阻值為，外接負(fù)載電阻的阻值為R。等。等離子體從一側(cè)沿垂直磁場(chǎng)且與金屬板平行的方向進(jìn)入兩板離子體從一側(cè)沿垂直磁場(chǎng)且與金屬板平行的方向進(jìn)入兩板間，求通過(guò)負(fù)載電阻的電流間，求通過(guò)負(fù)載電阻的電流I。 vR B等離子體PQ ba

15、三、建立模型處理物理問(wèn)題三、建立模型處理物理問(wèn)題dRabBdvab參考答案：參考答案： 【例【例9】如圖所示為利用電磁作用輸送非導(dǎo)電液體裝置的示意圖?！咳鐖D所示為利用電磁作用輸送非導(dǎo)電液體裝置的示意圖。一邊長(zhǎng)為一邊長(zhǎng)為L(zhǎng)、截面為正方形的塑料管道水平放置，其右端面上有、截面為正方形的塑料管道水平放置，其右端面上有一截面積為一截面積為A的小噴口，噴口離地的高度為的小噴口，噴口離地的高度為h，管道中有一絕緣活，管道中有一絕緣活塞。在活塞的中部和上部分別嵌有兩根金屬棒塞。在活塞的中部和上部分別嵌有兩根金屬棒a、b，其中棒，其中棒b的的兩端與一電壓表相連，整個(gè)裝置放在豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中。當(dāng)兩端與一電壓

16、表相連，整個(gè)裝置放在豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中。當(dāng)棒棒a中通有垂直紙面向里的恒定電流中通有垂直紙面向里的恒定電流I時(shí)，活塞向右勻速推動(dòng)液體時(shí)，活塞向右勻速推動(dòng)液體從噴口水平射出，液體落地點(diǎn)離噴口的水平距離為從噴口水平射出，液體落地點(diǎn)離噴口的水平距離為S。若液體的。若液體的密度為密度為p，不計(jì)所有阻力，求：，不計(jì)所有阻力，求：（1）活塞移動(dòng)的速度；（）活塞移動(dòng)的速度；（2）該裝置的功率。）該裝置的功率。2LAshg2參考答案：參考答案：1、 2、 234324)2(2)(hgLsALA 做物理習(xí)題是學(xué)習(xí)物理的重要部分，做習(xí)題時(shí)做物理習(xí)題是學(xué)習(xí)物理的重要部分，做習(xí)題時(shí)一樣能夠體會(huì)、了解物理學(xué)的思想方法和研究方法。一樣能夠體會(huì)、了解物理學(xué)的思想方法和研究方法。以實(shí)際的物理問(wèn)題為背景，通過(guò)抽象建立理想化模以實(shí)際的物理問(wèn)題為背景，通過(guò)抽象建立理想化模型，再應(yīng)用已有規(guī)律去求解，從而得到新的結(jié)論型，再應(yīng)用已有規(guī)律去求解，從而得到新的結(jié)論（規(guī)律