福建

(作者單位：福建省漳州市漳浦第一中學(xué))

利用物理模型分析解題，能使復(fù)雜的題目大大簡化

高中物理涉及的范圍廣，內(nèi)容多，題型復(fù)雜，要解決這些問題需要利用抽象的解題思維能力，故而學(xué)生普遍感到物理難學(xué)，題目難解，對物理產(chǎn)生畏難情緒。在新高考模式下，一些先試先行的省份，采取3+3模式后，出現(xiàn)了物理遭到大面積棄選的現(xiàn)象。這與我國現(xiàn)階段大力發(fā)展自主創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)，需要大量科技人才的背景不相適應(yīng)。而這些沒選物理的學(xué)生，進(jìn)入大學(xué)后，對有些專業(yè)的學(xué)習(xí)也出現(xiàn)了困難，致使有些高校還要給學(xué)生補(bǔ)上高中物理課，造成很多麻煩。現(xiàn)在一些省份開始實行3+1+2高考選科模式，依然有相當(dāng)多學(xué)生不敢選物理。在這種背景下，如何讓學(xué)生更好地學(xué)習(xí)物理知識，更得心應(yīng)手地解決物理問題，使學(xué)生對物理學(xué)科不再懼怕，顯得十分重要。尤其高三階段，學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了高中的全部物理知識，面對高考總復(fù)習(xí)中的茫茫題海，常常無所適從。因此，如何教會學(xué)生采用適當(dāng)?shù)姆椒?，理解和解答各種題型，是老師們應(yīng)當(dāng)思考的問題。

面對一道題，學(xué)生首先要對題目進(jìn)行分析，分析題目的已知條件，物理情景，滿足什么物理規(guī)律，應(yīng)采用何種定律、公式解題。題目紛繁復(fù)雜，題型多種多樣，如何選擇正確的物理方法解題，有很大難度。但物理試題有很多共性，可抽象出同樣的物理模型，從而應(yīng)用相似的方法解題。這樣，學(xué)生只要掌握了多種物理模型，便能得心應(yīng)手地應(yīng)用解題。下面以幾種物理模型為例，讓學(xué)生領(lǐng)會應(yīng)用物理模型解題的方便性和實用性。

一、用一種模型解釋科技領(lǐng)域中的不同實例，幫助學(xué)生理解掌握各種情況

例如學(xué)生剛接觸到磁流體發(fā)電機(jī)、電磁流量計和霍爾效應(yīng)等實例時，往往感到復(fù)雜多樣。上課看似聽懂了，可是當(dāng)獨(dú)立分析解題時，往往還會出現(xiàn)困難。若教師能夠引導(dǎo)學(xué)生利用速度選擇器模型，加以總結(jié)分析，就會讓學(xué)生感到這些實例簡潔易懂，從而輕松掌握它們的原理，不易混淆。分析如下：

1.速度選擇器

2.磁流體發(fā)電機(jī)

高溫等離子體源源不斷地射入如圖2所示的平行極板AB間，帶電粒子由于受到洛倫茲力的作用發(fā)生偏轉(zhuǎn)，帶正電粒子積累在下極板，帶負(fù)電粒子積累在上極板，從而產(chǎn)生了電場，形成如圖3所示復(fù)合場(磁場方向為N極指向S極)。當(dāng)射入的粒子受到的電場力小于洛倫茲力時，粒子繼續(xù)偏轉(zhuǎn)，電場強(qiáng)度繼續(xù)增強(qiáng)，直到當(dāng)后續(xù)的粒子再射入板間受力平衡時，粒子不再偏轉(zhuǎn)，達(dá)到動態(tài)平衡狀態(tài)，此時構(gòu)建的復(fù)合場與圖1中右圖所示的速度選擇器相似，也可以看成速度選擇器模型，粒子受到的電場力和洛倫茲力平衡，即qBv=qE，再根據(jù)U=Ed，得U=Bdv。這樣兩極板間形成電勢差，即成為一個可對外供電的電源，這就是磁流體發(fā)電機(jī)原理。

圖2

圖3

3.電磁流量計

圖4

圖5

4.霍爾效應(yīng)

圖6

二、物理模型對實際生活中實例的解釋

生活中處處有物理知識。近年來，讓學(xué)生對生活中的現(xiàn)象應(yīng)用物理規(guī)律分析，也是高考的熱點(diǎn)。

1.日常生活中實例解釋

例如力的分解對拉鏈為何易拉、斧頭有效劈柴的解釋。

力是矢量，它的分解滿足平行四邊形定則，對它的分解有多種方法。其中，按力的效果分解是常用的方法。人們常見的拉鏈很容易被拉開，是由于拉頭與拉鏈接觸的地方是三角形，如圖7所示，對拉頭施加一個向下的拉力，對此力向垂直于三角形兩邊的方向進(jìn)行分解，可以發(fā)現(xiàn)，兩個分力比向下的拉力大得多，這樣拉鏈很容易就被拉開了。同樣的道理，斧頭劈柴的原理，也可以這樣來分析。

圖7

2.體育運(yùn)動中的物理知識

例如平拋模型對一些體育運(yùn)動的解釋。

平拋運(yùn)動是高中物理的一個重點(diǎn)知識，也是高考的重點(diǎn)，幾乎年年高考都會出現(xiàn)平拋或類平拋運(yùn)動模型的考題。近年來，用平拋運(yùn)動的規(guī)律來解釋一些體育運(yùn)動，成為出題者的喜愛。在近幾年的高考中，就較為頻繁地出現(xiàn)了這類題型。例如，2015年全國卷Ⅰ第18題中乒乓球發(fā)射機(jī)水平發(fā)射乒乓球的題目(如圖8)；2015年浙江理綜第17題，足球運(yùn)動員沿水平方向頂足球攻門，足球做平拋運(yùn)動，射入球門左下方死角的題目(如圖9)；排球運(yùn)動員水平擊打排球，研究排球既不觸網(wǎng)又不出界等排球的落點(diǎn)問題(如圖10)；滑雪運(yùn)動員經(jīng)過傾斜向下的曲道加速后，沿水平滑道飛出，落在斜面上的問題(如圖11)。此外，還有帶電粒子在勻強(qiáng)電場中的類平拋問題等等，都是高考的熱點(diǎn)。像這類的題型，都可以把物體的運(yùn)動看成平拋運(yùn)動，從而應(yīng)用平拋運(yùn)動規(guī)律來解題。學(xué)生只要分析出這種類平拋的運(yùn)動模型，熟練掌握平拋運(yùn)動的規(guī)律，列出相關(guān)方程，問題就能得到解決。

圖8

圖9

圖10

圖11

三、特殊物理模型在解題中的應(yīng)用

一些物理模型結(jié)論有趣且實用，如果能掌握它們的規(guī)律，在解答相似題型時直接應(yīng)用其二級結(jié)論，可以做到省時省力，同時提高解題準(zhǔn)確性。

下面以等時圓模型為例，三根光滑細(xì)桿端點(diǎn)都在圓環(huán)上，如圖12所示放置。物體分別沿三條路徑的上端點(diǎn)無初速度釋放，到達(dá)最低點(diǎn)的時間是相同的，這個等時圓的結(jié)論并不難推導(dǎo)。

圖12

接下來，我們利用等時圓的規(guī)律來解決一些變式題。如圖13所示，兩根光滑桿AM和BM，緊靠在豎直放置的圓環(huán)上，與圖12所示的等時圓不同的是，BM桿的B端高出了圓環(huán)與墻的接觸點(diǎn)?，F(xiàn)要求判斷物體分別從B端和A端無初速釋放，要到達(dá)M點(diǎn)，沿哪條路徑更快。這道題顯然可以看成等時圓的變形題，若物體從BM桿與圓的交點(diǎn)滑下，顯然比從B點(diǎn)無初速下滑時間短，故而題中的兩條路徑顯然是沿AM物體能更快到達(dá)底端。

圖13

再看下一個變式題，如圖14所示，此圖只是變換成兩個豎直疊加的相切圓，P為相切點(diǎn)。要判斷物體由兩條光滑的路徑APB和CPD無初速度分別下滑，所用的時間關(guān)系只需按照等時圓原理的推導(dǎo)方式，即可推出兩條路徑時間相等的結(jié)論。顯然，學(xué)生平時如果能夠充分理解等時圓的特點(diǎn)，看到這類的題型，便能立即使用等時圓模型的等時性規(guī)律進(jìn)行分析，從而可以快速得出正確答案。

圖14