浅谈物理模型的作用及其建立
浅谈物理模型的建构及运用

物理学所研究的客观存在的实际物体,通过简化抽象建立起来的物理模型,就叫做客体模型。
例如在力学中研究某些物体的运动时,如果物体本身的尺寸与研究问题中的距离相比很小,又不考虑物体的转动等因素时,就可以忽略物体的大小和形状,重点突出物体的质量与位置,用一个有质量的点来代替整个物体,建立起“质点〞模型,光学中的点光源、薄透镜,电学中的点电荷以及单摆、弹簧振子、刚体、理想气体、理想变压器、原子核式结构等,都是客体模型。
2.条件模型与物体所受的合外力相比很小时.这个平面就称为光滑平面。
这个“光滑平面〞就是—个条件模型。
在物理学中,如细绳、轻质细杆、绝热容器、不计电阻的导线、稳压电源、均匀介质等都是条件模型。
3.过程模型物理客体在理想条件下的运动、变化过程,是一个高度抽象的物理过程,这个过程称为过程模型。
例如,平抛运动,运动小球是具有质量而不计大小的“质点〞,在整个运动过程中,忽略空气阻力和浮力的作用,只受到恒定的重力作用(重力随高度变化可以忽略不计),质点在这样理想化的条件下的运动过程,就是平抛运动。
这个“平抛运动〞是一种理想化的过程模型。
物理学中的匀速直线运动、自由落体运动、弹性碰撞、等温变化、光电效应等都是过程模型。
三、物理模型在教学中的作用1.建立概念模型,理解概念实质概念是客观事物的本质在人脑中的反映,客观事物的本质属性是抽象的、理性的。
要想使客观事物在人脑中有深刻的反映,必须将它与人脑中已有的事物联系起来,使之形象化、具体化。
物理模型大都是以理想化模型为对象建立起来的。
建立概念模型实际上是撇开与当前考察无关的因素以及对当前考察影响很小的次要因素,抓住主要因素,认清事物的本质,利用理想化的概念模型解决实际问题。
学生在理解这些概念时,很难把握其实质,而建立概念模型那么是一种有效的思维方式。
2.认清条件模型,突出主要矛盾条件模型将的物理条件模型化,舍去条件中的次要因素,抓住条件中的主要因素,为问题的讨论和求解起到搭桥铺路、化难为易的作用。
谈建立模型在物理学习中的重要性

谈建立模型在物理学习中的重要性物理模型可以使复杂的问题简单化,有助于高中生物理的学习。
本文针对高中物理中的物理模型的建立进行分析,主要内容包括物理模型的类型和物理模型的作用,希望能给高中生们建立物理模型和应用模型提供借鉴和帮助,并使他们重视建立模型的重要性。
标签:高中物理建立模型抽象总结在高中物理的学习中,学生,尤其是高一学生,反映的普遍问题是:高中物理难学,课堂上老师讲的内容基本能够听懂,但是在解决物理问题的时候,感觉很茫然,无从下手。
究其原因还是不能够建立起物理模型,分析不清楚物理过程。
一、什么是物理模型物理模型(包括它的数学表达)是物理问题的高度抽象和概括,是认识主体对客观实际能动反映的一种变现,是认识主体由实践上升为理论的一个过程。
物理模型不仅是典型的物理问题,也是对物理基础知识的高度概括和总结[1]。
高中物理中常见的物理模型有如下几种:1.实物模型物理学研究的事物中有许许多多就是日常生活中的事物抽象出来的,突出了主要的、本质的特征,略去了次要的、非本质的因素,对实际物体做出了简化。
比如质点、光滑平面、单摆等,这些都是忽略了研究对象在运动过程中所受到的一些次要因素的影响,根据实物的基本规律和性质建立的一种物理模型。
2.模拟模型物理学研究的对象不仅仅有小球、滑块这类具体的事物,同样有电场、磁场这些看不到的物质。
这些抽象的研究对象的内容也有一定的具体性,根据这些规律可以建模拟模型进行学习。
例如电磁学中常提到的磁感线,这些线不是实际存在的,但是通过建立模拟模型,可以达到形象地表达这些模拟线的效果。
高中阶段的物理课程中最抽象的部分就是电磁学部分,如果不建立模拟模型,这部分的内容将难以理解,也就不能运用,更谈不上解题了。
3.过程模型建立过程模型的目的就是为了研究物理事件的发生过程,在分析的过程中忽视了如空气阻力、形变等次要因素,将抽象因素具体化,得到的模型是被研究物理过程的理想化,突出物体运动中的主要方面和规律,使学生学习的时候更加简单,容易掌握。
谈物理模型在教学中的作用通用版

谈物理模型在教学中的作用通用版谈物理模型在教学中的作用在教学过程中,教师常常会运用物理模型来帮助学生更好地理解和掌握物理知识。
物理模型是指对真实世界中的物理现象进行简化和抽象的呈现,以便于学生进行观察、实验和推理。
它既可以是实际的物体或装置,也可以是通过绘制、制作或计算得到的图形、公式或数学模型。
本文将探讨物理模型在教学中的作用,并说明它对学生学习的积极影响。
一、激发学生的学习兴趣物理模型在教学中的运用,可以给学生提供直观、形象的感知,从而激发学生的学习兴趣。
相比于抽象的理论知识,学生更容易理解和接受具体的物理模型。
例如,在学习力学时,通过展示弹簧振子的模型,学生可以直观地观察到弹簧的拉伸和振动过程,从而更好地理解振动的规律和公式。
这样的实物模型能够使学生主动参与学习,增加课堂的趣味性,激发学生的好奇心和求知欲。
二、促进学生的实践操作物理模型的运用可以促进学生的实践操作,使他们积极参与到实验和观察中。
通过观察物理模型的现象,学生可以进行实验探究,验证理论知识。
例如,在学习光学时,利用透镜模型可以进行光线的折射和成像实验,学生可以通过调整透镜的位置和形状来观察折射和成像的变化,深入理解光学的原理。
在这样的实践操作中,学生能够通过亲身经历来认识和理解物理规律,培养科学探究的能力。
三、帮助学生建立抽象思维物理模型的运用有助于学生建立抽象思维,从具体的模型中抽象出普遍的规律和模式。
通过观察和实验物理模型,学生能够将具体的事例与抽象的概念相联系,深入理解物理的本质。
例如,在学习电路时,通过使用电流、电压和电阻等物理量的模型,学生可以形象地理解欧姆定律的关系:电流等于电压除以电阻。
这样的抽象思维能力是学生进一步学习和应用物理知识的基础。
四、提升学生解决实际问题的能力物理模型的运用可以帮助学生将所学的知识应用于实际问题的解决中。
通过模型的实验和观察,学生可以培养分析问题和解决问题的能力。
例如,在学习机械运动时,通过模拟物体在斜面上滑动的物理模型,学生可以预测物体滑动的加速度和滑动距离,进而解决类似的实际问题,如车辆在坡道上的制动距离。
初中物理教学中物理模型的构建与应用

初中物理教学中物理模型的构建与应用一、物理模型概述物理模型,指的是物理学研究的对象或现象中存在的物质及其运动形式的特征抽象。
作为反映物理事物、过程、物理概念和物理规律本质特征的对象,它是物理学在理性思维层面上进行科学抽象的产物,具有科学化的意义。
物理学以大量的观察和实验为基础,分析、研究并抓住在大量现象中本质的、有意义的特征,即形成物理模型。
可以说,物理模型是物理知识的“骨架”,是物理知识的基本结构,也是整个物理学知识体系的“大厦”。
二、初中物理教学中构建和应用物理模型的意义1.有利于提高学生的科学素养。
通过建立物理模型,可以帮助学生开阔视野,拓展思维,启迪心智,培养创造力,有利于提高学生的科学素养。
2.有利于突出教学重点,突破教学难点。
物理模型能将复杂的物理现象或过程简化和纯化,抓住其最本质的特征。
教师根据教学需要,适时地引导学生建立相关模型,能有效地突出教学重点、突破教学难点。
3.有利于提高学生分析和解决问题的能力。
建立和应用物理模型的过程,是学生分析、研究和解决物理问题的过程。
学生在教师的引导和启发下,通过构建和应用物理模型来分析问题和解决问题,有利于提高学生分析问题和解决问题的能力。
三、初中物理教学中常见的物理模型1.对象模型:它把研究物理现象当作一个整体或一个部件,而忽略了其他部分的差别和干扰。
例如,在电路分析中,“电源”、“电阻”等都是对象模型;在力学中,“质点”、“刚体”、“理想流体”等都是对象模型。
2.条件模型:它是对研究对象或过程某一特征的理想化的描述,以突出主要因素,忽略次要因素。
例如,“光滑平面”、“理想气体”、“匀速直线运动”等都是条件模型。
3.过程模型:它把某些物理现象、过程或状态看作是理想化的简化的运动过程。
例如,“自由落体运动”、“匀速圆周运动”等都是过程模型。
4.状态模型:它把某一物理过程发生时的条件与状况用一个状态—量来表示。
例如,“平衡状态”、“匀速运动状态”等都是状态模型。
物理学习中的模型建立与分析

物理学习中的模型建立与分析物理学是一门研究自然界规律的科学学科,它帮助我们理解世界的本质和运行方式。
在物理学习中,模型的建立和分析起着至关重要的作用。
模型是对物理现象和过程的简化描述,它们可以帮助我们理解和预测各种现象。
在本文中,我们将探讨物理学习中的模型建立与分析的重要性,并介绍一些常用的模型以及它们的应用。
一、模型建立的重要性在物理学习中,模型建立是一个重要的环节。
通过建立模型,我们可以将复杂的物理现象和过程简化为易于理解和分析的形式。
模型可以帮助我们理清物理系统的结构和关系,从而进一步推导出准确的结论。
模型的建立不仅能够提高我们对物理学知识的理解,还能够培养我们的思维能力。
在建立模型的过程中,我们需要观察并确定关键的物理量、选择适合的物理定律和方程,以及合理地逼近现实情况。
这个过程需要我们思考和分析,促使我们培养逻辑思维和创造性思维能力。
二、常用的物理学模型及其应用1. 平抛运动模型平抛运动是物理学中经常遇到的一种运动形式。
它描述了一个物体在水平方向匀速运动的同时,垂直方向受到重力的影响而发生自由落体运动。
通过建立平抛运动的模型,我们可以预测物体的运动轨迹、落地的位置和时间等信息。
这个模型在射击运动、抛物线轨迹的分析以及计算机图像生成等领域都有广泛的应用。
2. 弹簧振子模型弹簧振子是另一个常见的物理系统。
它由一个弹簧和一个质量点组成,在受到外力作用下发生周期性振动。
通过建立弹簧振子的模型,我们可以研究振动的频率、周期和振幅等特性。
这个模型在机械振动、电路中的交流电振荡以及地震学中的地震波传播等领域都有广泛的应用。
3. 光的折射模型光的折射是光学研究中的一个重要现象。
当光从一种介质传播到另一种介质时,会发生折射现象。
通过建立光的折射模型,我们可以研究光的折射角和入射角之间的关系,从而解释折射现象。
这个模型在光学仪器的设计、透镜和棱镜的使用以及光纤通信等领域都有广泛的应用。
三、模型分析的方法在物理学习中,模型分析是一个重要的环节。
高二物理学习中的模型建立与应用

高二物理学习中的模型建立与应用物理学是一门以实验为基础的自然科学,通过建立数学模型来描述和解释现象,以推导出规律性的物理定律。
在高二物理学习中,模型的建立和应用是学习的核心内容之一。
本文将探讨高二物理学习中模型建立的方法和模型的应用。
一、模型建立的方法模型建立是物理学习中的基础工作,通过模型可以简化复杂的现象,使其更易于理解。
在高二物理学习中,模型建立的方法主要有以下几种。
1. 数学模型法:利用数学工具,通过建立数学方程或函数,将物理问题转化为数学问题进行求解。
例如,在分析物体的运动过程时,可以建立位移-时间、速度-时间、加速度-时间等数学模型,从而得到相关的物理量。
2. 物理模型法:通过物理实验或观察,寻找规律,并将其转化为物理模型。
例如,在研究物体的弹性变形时,可以将物体视为弹簧,建立弹簧模型来描述物体的弹性特性。
3. 概率模型法:在不确定性问题中,利用概率理论建立概率模型,对可能发生的情况进行预测和分析。
例如,在研究放射性衰变过程时,可以利用指数分布模型来描述放射性核素的衰变规律。
以上仅为模型建立的常见方法,实际应用中还可以根据具体问题选择合适的方法进行建模。
二、模型的应用模型的应用是物理学习中的关键环节,通过将模型应用于实际问题,可以得到有价值的结论和预测。
以下是高二物理学习中模型的一些常见应用。
1. 预测与解释:通过建立模型,可以预测物理现象的发生和结果。
例如,在学习力学中,可以通过模型分析物体的运动轨迹、受力情况等,从而预测物体的未来状态。
2. 优化设计:模型可以辅助工程和设计领域的优化。
例如,在学习光学时,可以通过光的折射和反射模型,优化设计光学仪器,提高光学系统的性能。
3. 问题求解:在物理学习中,模型经常用于解决实际问题。
例如,在学习电磁感应时,可以建立电磁感应模型,解决关于电磁感应的问题,如发电原理、感应电流大小等。
4. 理论验证:物理模型可以用于验证和修正已有理论。
例如,在学习粒子物理学时,可以利用标准模型验证新发现的粒子性质,从而扩展和完善现有的理论。
物理教学中模型建立与应用实践探索

物理教学中模型建立与应用实践探索引言:物理教学中,模型的建立和应用是非常重要的环节。
通过模型的建立,学生能够更好地理解物理现象、规律和概念,并能够运用模型进行问题的解决。
本文将探索物理教学中模型的建立和应用实践,旨在帮助教师更好地引导学生在物理学习中进行模型思维的培养。
一、模型建立的意义模型是将抽象的物理现象和规律用具体、实际的形象进行描述的工具。
通过模型建立,可以帮助学生理解抽象的物理概念,提高他们解决实际问题的能力。
此外,模型建立还有助于培养学生的创新思维和实验设计能力。
在物理教学中,模型建立是学生理解物理概念的桥梁。
通过将抽象概念具象化,学生可以更加直观地理解物理现象和规律。
例如,在教授力学中的牛顿第二定律时,可以引导学生建立一个力的模型,通过观察不同物体所受合力的变化情况,帮助他们理解力与物体加速度之间的关系。
二、模型建立的方法模型建立的方法有多种多样,可以根据不同的物理概念和问题来选择合适的建模方法。
1. 动手实验法动手实验法是一种常用的模型建立方法。
通过设计和进行实验,学生可以观察和记录物理现象,并从中总结规律。
例如,在教授光学中的光的折射定律时,可以引导学生进行一系列的折射实验,观察光线经过不同介质时的变化情况,从而帮助他们理解光的折射规律。
2. 数学模型法数学模型法是一种抽象化的模型建立方法。
通过建立数学方程或函数来描述物理现象,学生可以利用数学工具进行计算和分析。
例如,在教授力学中的简谐振动时,可以引导学生建立弹簧振子的数学模型,通过求解微分方程,帮助他们理解振动的周期、频率和振动方程。
3. 图像模型法图像模型法是一种直观化的模型建立方法。
通过绘制图像或图表来表示物理现象和规律,学生可以更加直观地理解问题。
例如,在教授电路中的欧姆定律时,可以引导学生根据电阻、电流和电压之间的关系进行曲线绘制,帮助他们理解欧姆定律的原理。
三、模型应用的实践探索模型的应用是物理学习中的关键环节。
通过将模型应用于实际问题的解决,学生可以培养解决问题的能力和实际应用的能力。
物理学模型的建立和应用

物理学模型的建立和应用物理学是一门研究自然现象的学科,其中,建立和运用模型是物理学研究的重要手段。
物理学模型可以帮助人们更好地理解复杂的物理现象,同时,还可以预测未来的物理现象,推动科学技术的发展。
本文将探讨物理学模型的建立和应用。
一、物理学模型的建立物理学模型通常是通过对物理现象的观察和实验,对其进行整理、分类并进行抽象思考得出。
模型的建立需要前人的基础工作和大量的实验支持,例如,牛顿三大运动定律、麦克斯韦方程组、爱因斯坦相对论等经过长期实践和检验得出的模型,为现代物理学的发展奠定了基础。
模型的建立还需要比喻和图像的辅助,以便人们更容易理解和记忆。
例如,常用的粒子模型、波动模型和场景模型等,这些模型能够比喻复杂的物理现象,使其更能被人们理解。
二、物理学模型的应用物理学模型可以解释和预测很多自然现象,并广泛应用于实际工程领域。
下面介绍几个常见的例子:1. 化学反应物理学中,化学反应被解释为原子、离子、分子在化学反应中的结合、分离。
这些变化可以被模拟和预测,从而用来指导实验设计和产品生产。
例如,通过模拟和预测硫酸和水的反应机制,工程师可以设计出可以生产大量硫酸的化学反应炉。
2. 建筑结构物理学模型还可以帮助建筑师设计安全耐久的建筑物。
例如,在设计高层建筑时,物理学模型可以指导建筑师确定设计中需要考虑的结构和材料。
3. 能源技术物理学模型在能源技术领域也具有重要的应用。
例如,太阳能电池板能够将太阳光转化为电能,而这个过程需要物理学中的电子运动模型来解释。
另外,将核能转化为电能时,物理学模型还可以预测发生的核裂变、核聚变反应,并指导应用于核反应堆控制的技术。
三、物理学模型的局限性虽然物理学模型是解释和预测自然现象的重要工具,但它也有一定的局限性。
例如,量子力学模型能够解释小尺度物理现象,但却不能清晰地解释大尺度物理现象,例如生命体系。
同样,相对论模型解释了电磁现象和引力场,但并不能解释规范理论和强交互。
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浅谈物理模型的作用及其建立Last revision on 21 December 2020浅谈“物理模型”的作用及其建立布鲁纳的发现法学习理论认为:“认识是一个过程,而不是一种产品”。
探究式学习法是学习物理的一种重要的认知方法;它以学生的需要为出发点,以问题为载体,从学科领域或现实社会生话中选择和确定研究主题,创设类似于科学的情境,通过学生自主、独立地发现问题、实验探究、操作、调查、信息搜集与处理、表达与交流等探索活动,获得知识技能,发展情感与态度,培养探索精神和创新能力的学习方式。
在这探究式学习的过程中,最难的一点在于如何创设科学的物理情境;这个科学物理情境的创建过程就是“物理模型”的建立过程。
所以说要想学好中学物理,就要学会对生活中的现象多观察,多思考,并能从中学会如何建立“物理模型”。
一、什么是“物理模型”自然界中任何事物与其他许多事物都有这千丝万缕的联系,并处在不断的变化当中。
面对复杂多边的问题,人们在着手研究时,总是遵循这样一条重要的法则,即从简到繁,从易到难,循序渐进,逐次深入;基于这样一种思维,人们创建了“物理模型”,物理模型是指:物理学所分析的、研究的问题往往很复杂,为了便于着手分析与研究,物理学中常采用“简化”的方法,对实际问题进行科学抽象处理,用一种能反应原物本质的理想物理(过程)或遐想结构,去描述实际的事物(过程),这种理想物质(过程)或假象结构称之为“物理模型”。
物理模型的建立是人们认识和把握自然的一个典范,是前人的一种创举。
二、物理模型的种类和特点1、中学中常见物理模型的种类(1)研究对象理想化模型,例如:质点、刚体、理想气体、恒压电源等;(2)运动变化过程中理想化模型,如:“自由落体运动”、“简谐运动”、“热平衡方程”等等。
这些都是把复杂的物理过程理想化了的“物理模型”。
2、物理模型的特点(1)物理模型是形象性和抽象性的统一,物理模型的建立是舍弃次要因素,把握主要因素,化复杂为简单,完成由现象到本质,由具体到抽象的过程,而模型的本身又具有直观形象的特点。
(2)物理模型是科学性和假设性的辩证统一,物理模型不仅再现了过去已经感知已过的直观形象,而且要以先前获得的科学知识为科学依据,经过批判、推理等逻辑上的一系列严格论证;所以具有深刻的理论基础,即具有一定的科学性;理想模型来源于现实,又高于现实,是抽象思维的结果,所以又具有一定的假设性,只有经过实验证实以后才被认可,才有可能发展为理论。
三、物理模型的作用1、使复杂问题简单化。
物理学研究对象是十分复杂的客观世界,其起作用的因素很多,需要把复杂问题简单化,模型方法恰好体现了抓主要矛盾,突出问题的本质,可以使研究工作大为简化。
就拿物体从空中落下这样一个简单的问题来说,分析物体的受力情况,除重力外,还受到空气的阻力和浮力,而空气的阻力和浮力又与物体的形状大小、空气的密度温度等因素有关,并且重力的大小也不是恒定的,随着物体下落的高度而发生微小的变化。
此外,地球的自转和气体的流动对物体的下落也有一定的影响。
我们在研究落体运动时,只突出了恒定重力作用,而把其它影响全都忽略了(这样做本身也是合理的),这样落体运动性质就比较容易把握了。
在讨论原子核的裂变机制时,把一个原子核用一个带电液滴来代表,便能够满意地说明裂变现象,这里抓做了主要矛盾表面张力和库仑斥力,而把原子核内部组分之间的相互作用细节忽略了。
又如,固体是由许许多多的原子排列组成的,每个原子都有一个或多个价电子,这些电子的运动是一个多体的集体运动,这种多体运动描述起来非常复杂。
而“能带理论”是一种近似的模型理论,它通过绝热近似、单电子近似和周期场近似这三个基本物理近似,把一个十分复杂的多体问题简化为一个单体问题,而且恰恰反映了事物的主要特征,计算结果与大部分实验结果符合得很好。
2、逐步逼近实际。
应用模型方法研究物理问题,能使问题的本质突出、关系明朗,有利于问题的解决。
但是,我们也应看到,次要因素虽然对问题的影响很小,但毕竟有一定的影响,所以忽略次要因素以后而得到的结果就必然是近似的,与实际是有一定差距的。
弄清楚主要矛盾后,再考虑次要矛盾,如此一级级作近似,就可能逼近实际;而建立物理模型为研究实际事物(原型)提供了一个比较的标准,从而开辟了研究实际事物的特征和变化规律的途径。
例如,在推导理想气体状态方程时,我们几乎把分子力完全忽略了,但在实际气体中它还是有影响的。
不过在气态中分子力的效应毕竟比较小,我们可把当作对理想气体模型的修正来处理。
将理想气体方程式加以适当修正(压强中加上一个修正项,体积中减去一个修正项),即可得到比较符合实际气体行为的范德瓦尔斯方程式,这实际上是用气体较复杂的物理模型(范德瓦尔斯气体模型)代替理想气体模型。
可以看出,范德瓦尔斯气体模型是在理想气体模型的基础上建立起来的,从理想气体模型到范德瓦尔斯气体模型是一个以理想化逐步逼近客观实体的过程。
理想晶体模型是研究一切实际晶体的结构和性质的基础,若不以理想晶体模型为基础,就无法研究各种离子化合物的晶体结构,也无法研究形形色色的晶体缺陷和晶体生长的规律。
玻尔理论考虑了原子中的最主要的相互作用,即原子核与电子的静电相互作用。
与此相互作用对应的能量计算值与实验符合得很好,反映能量差值的光谱线得到了满意的解释。
不过,如果仔细观察光谱线,人们发现其中还有精细结构。
这就需要进一步考虑电子自旋引起的磁相互作用,它是产生原子精细结构的主要因素。
更进一步,原子核并不是一个质点,有一定的几何大小,它的电荷有一个分布(电四极距),它还有自旋角动量I 和磁矩μ。
这些性质都将对电子的运动产生影响,从而使原子光谱进一步分裂,其分裂程度比精细结构还要小,故称之为超精细结构。
于是,还需要考虑超精细相互作用,它包括磁偶极超精细相互作用和电四极超精细相互作用。
3、作出科学预言。
作为对物理事物简化描述的物理模型,不仅能够解释物理现象和实验定律,而且也常常能够作出科学的预言,指明进一步研究的方向。
例如在对热机效率的研究中,人们发现实际热机的效率总是小于可逆卡诺热机的效率,这就启发人们在设计热机时,尽量使其接近于可逆卡诺热机,以提高热机的效率。
在固体理论的研究中,常常以没有“缺陷”的理想晶体作为研究对象。
当时从应用量子力学对理想晶体进行计算的结果,发现理想晶体的强度竟比通常金属材料大一千倍。
物理学家认为,理想晶体的强度比实际晶体的强度大一千倍,那么,常见的金属材料强度之所以减弱就是因为材料中有许多“缺陷”,假如能减少材料中的这些“缺陷”,那就能大大提高金属材料的强度,从而大大节约金属。
实践证明,物理学家的预言是正确的。
四、“物理模型”的建立探究、构建物理模型,对于某些简单的问题并不困难,如:“小球从楼顶自由落下”,即为一个“质点的自由落体运动模型”;“带电粒子垂直进入匀强磁场”,即为“质点作匀速圆周运动模型”等,但更多的问题中给出的现象、状态、过程及条件并不显而易见,隐含较深,必须通过对问题认真探究、细心的比较、分析、判断等思维后才能构建起来。
一般说来,构建物理模型的途径有四种:1、探究物理过程,构建准确的物理模型例:两块大小不同的圆形薄板(厚度不计),质量分别为M和m,(M=2m),半径分别为R和r,两板之间用一根长为L=的轻质绳相连结,开始时,两板水平叠放在支架C上方高h=处,如图示a示。
以后,两板一起自由下落支架上有一个半径为R′(r<R′<R)的圆孔,两板中心与圆孔中心在同一直线上,大圆板碰到支架后跳起,机械能无损失。
小圆板穿过圆孔,两板分离,试求当细绳绷紧的瞬间两板速度(如图示b)(取g=10m/s2)(1(2)大圆板与支架相碰,且无能量损失,该瞬间的行为可作为一次“弹性碰撞”运动模型,而小圆板继续下落。
(3)细绳绷紧瞬间,两板通过绳的相互作用获得共同速度,可作为一个“完全非弹性碰撞运动模型。
求解:两板落至支架C时的速度:smghv/22.01022=⨯⨯==大圆板与支架C碰后以速度为初速度竖直跳起,设至细绳绷紧前历时t1,绷紧前的速度为v1,上跳高度为(离支架的C的高度)为h1,则:v1= v0-g t1………………………………………………………………①v 12=v 02-2gh 1 …………………………………………………………………②小圆板穿过圆孔时的速度为v 0,设落至细绳绷紧前历时t 2,速度为v 2,下落高度(离支架C 的高度)为h 2,则:v 2= v 0+g t 2 …………………………………………………………………③v 22=v 02-2gh 2 …………………………………………………………………④据题意有:t 1=t 2,h 1+h 2=L =,故由①③两式有: v 1+v 2=2v 0=4m/s …………………………………⑤由②④两式有: v 22-v 12=2gL =2×10×=8(m/s )2 ………………⑥由⑤⑥两式可得绳绷紧前两板速度大小分别为:v 1=1m/sv 2=3m/s 方向:v 1向上 v 2向下由于细绳绷紧时间极短,重力的冲量可忽略,故绷紧过程中系统动量守恒。
设两板共同速度为u ,取竖直方向为正,由动量守恒定律有:mv 2-Mv 1=(m +M)v 得 即该瞬间两板获得向下的共同速度为s m /31。
2、 紧扣关键词句,探究物理实质,构建物理模型。
例2、如图示,一个U 型导体框架,宽度为L=1m ,其所在平面与水平面成α=30°角其电阻可忽略不计。
设匀强磁场与U 型框架的平面垂直,磁感应强度B=,今有一根导体棒ab ,其质量m=,有效电阻R=Ω,跨放在U 型框架上,并能无摩擦滑动,求导体ab 下滑的最大速度v m 。
点评:题中求“最大速度”几个字,是提示物理模型的关键性词句,最大,即不可增加,也就是导体ab 将以此速度沿导轨斜向下作匀速直线运动。
据此,通过自己的抽象思维,大家可以在头脑中构建这样一幅物理图景:导体ab开始下滑时,速度v 0=0,在斜轨上受下滑力(重力沿斜面分力),产生的加速度最大;随着下滑速度的增大→导体中感应电动势增加→感应电流增加→磁场对导体的安培力也增加,由于安培力与下滑力反向,故导体的加速度越来越小,而速度仍然越来越大,当下滑速度大到使安培力和下滑力平衡时,加速度为零,速度不再增加而以此最大速度作匀速直线运动。
求解:据上述模型分析,导体ab 平衡的条件为:mgsinα=F 安而F 安=BIL , I=ε/R , 又 ε=BLv3、 探究问题的本质特征,构建物理模型。
例3、如图示,在竖直平面内,放置一个半径R 很大的圆形光滑轨道,O 为其最低点,在O 点附近P 处放一质量为m 的滑块,求滑块由静止开始滑至O 点时所需的时间。