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紧扣物理模型 突破思维障碍

不少同学反应：物理课听得懂但课后作业难。这是什么原因又如何解决呢？首先，必须弄清中学物理学习特点：中学物理中研究的基本问题都是理想模型问题，先将大量实际问题科学抽象，简化成理想化问题，然后研究这个理想化问题，得出有关物理规律，再运用这些规律去分析和解决具体的实际问题。其次，掌握科学的学习方法：夯实基础知识，通过对具体问题的审题、画图，借助基本模型的类化和移植，巧妙地突破思维障碍，顺利地解决问题。
一、深刻理解基本模型的本质特征
深刻理解基本模型的本质特征是审题的要点，解题的关键，同时又可以防止机械地套用；且物理试题常是多个基本模型的整合，只要进行适当的细化即可。现分类说明中学物理中常见的基本模型及本质特征。
（一）理想研究对象
1. 质点：不计物体形状、大小和转动的有质量的点；
2. 轻绳、轻杆、轻滑轮、轻弹簧：不计质量及与质量有关的重力、动量、动能等；
3. 不可伸长的细线：线可产生拉伸弹力、但不计伸长，线中张力的变化在瞬时完成；
4. 理想气体：分子可看成质点，除碰撞外无相互作用力，故分子间无分子势能，一定质量的理想气体的内能只与温度有关；
5. 点电荷（光源）：可看成质点的电荷（光源）；
6. 检验电荷：体积足够小��能精确地研究电场中某点的情况，体积足够小，电量足够少��不影响原电场的分布；
7. 理想电表：电压表的内阻无穷大，电流表的内阻等于零；
8. 理想二极管：正向电阻为零，反向电阻无穷大；
9. 理想变压器：不计铜损、铁损，输入功率等于输出功率；
10. 匀强电（磁）场：场中各点的电场强度（磁感应强度）都相同，场线是一组间距相等的平行直线；
11. 纯电阻用电器：遵循欧姆定律，电流做功使电能全部转化为电热；
……
（二）理想条件
在分析物理问题时常常要排除物体所处外部条件的次要因素，突出主要方面，如：接触面光滑��不计摩擦阻力；恒力��力的大小和方向保持不变；平行板电容器��板间电场是匀强电场，不考虑板边缘处的非匀强电场；带电粒子在电磁场中的运动��不考虑粒子的重力等。这样处理会使研究的问题变得非常简单。
（三）理想研究过程和运动状态
1. 匀速直线运动：不变；
2. 匀变速运动：a恒定不变
①自由落体运动：；
②竖直上抛运动：方向相反；
③平抛运动：方向水平，a=g，a与v0方向垂直；
3. 圆周运动：a≠0且方向变化①匀速圆周运动：合力（合力是变力，其中恒力的合力等于零）始终指向圆心，提供向心力，产生向心加速度，②变速圆周运动：合力一般不指向圆心，必须结合能量守恒定律分析；
4. 简谐振动：①受力特点：F=－kx；②运动特征：变加速运动，具有周期性、对称性和往复性；
5. 碰撞：作用时间极短，不考虑位置变化，遵循动量守恒定律；弹性碰撞还遵循动能守恒定律；
6. 等温、等容、等压变化：分别指温度、体积、压强不变；绝热变化：Q=0；……
二、抓住模型本质特征，实现模型类化移植
解题的过程，实质上是还原物理模型的过程：明确研究对象、弄清物理过程、建立物理图景。物理试题情境新颖，实际上也是在我们熟知的理想模型的基础上发展和变化而来的，只要我们深刻地挖掘其隐含共性，实现解法的类化和移植，就可以缩短分析推理路径。
（一）相似模型的类化
试题：根据磁场对电流会产生作用力的原理，人们研制出一种新型的发射炮弹的装置��电磁炮，其原理如图所示，把待发射的炮弹（导体）放置在强磁场的两平行导轨上，给导轨通入强电流，使炮弹作为一个载流导体在磁场作用下沿导轨加速运动，并以某一速度发射出去，如果想提高电磁炮的发射速度，理论上可怎么办？

解析：本题是一道实际问题，学生往往看不懂题目内容而无从下手。此类问题的关键并不在解题，而是先将实际问题转化为基本模型，再运用物理知识求解。
学生对恒力作用下的匀变速直线运动这一基本模型掌握得非常好。仔细审题后解题思路自然就有了：
电磁炮在磁场的安培力（恒力）作用下做匀变速直线运动，由动能定理得：

又F=BIL
则。
由此可见：增加B、I、L、s，减少m均可提速。
（二）相近模型的移植
不同单元、不同属性、不同要素的物理现象间常貌似相异，实质相近，在处理方法上往往具有同一规律，巧妙移植，可以达到事半功倍的效果
试题：如图所示为探照灯，MN为水平云层。开始时一束光垂直向上射出，现使光束在竖直平面以角速度匀速旋转，当从开始旋转60°时射到水平云层上的亮斑的速度多大？

解析：本题是一道光学题，大部分同学看后却百思不得其解。但在力学中有一个模型很熟悉，（如图所示）汽车A通过细绳跨过光滑定滑轮牵引物体B匀速上升，当绳从竖直位置旋转60°时，车速多大？仔细分析，比较发现它们很相近，遵循同一规律（如下表）

研究对象
汽车
光斑
运动规律
汽车的运动使绳OC旋转和增长
光斑的运动是由光束SS”的旋转和增长引起的
处理方法
从等效角度出发，由运动的合成与分解可得：
。
显然，用联系的观点，灵活、巧妙移植相近物理模型，用等效的方法把握问题的本质和规律，可以达到“柳暗花明又一村”的结果。这种移植素材还有很多，如：光的反射与弹性碰撞，单摆振动与电磁振荡，库仑定律与万有引力定律，天体运行与原子模型，天体双星与双电荷运动，电流场与静电场等等。同学们在学习中可以多多体会、应用。
三、模型化处理问题时要具体情况具体分析
随着对某些模型的认识逐渐加深，还要防止面对具体问题的知识变化，思维单一，生搬硬套。此时应具体问题具体分析，忽略次要因素，突出主要方面。如在研究地球绕太阳公转问题时，地球的大小、自转都是次要因素，可将地球看成质点，而对于“用弹簧在两极及赤道上称量物体重量时，示数为何不一样？”的处理时，地球的大小、自转就成了主要因素，地球就不能看成质点。再如：当两平板间接交变电压，讨论带电粒子在其间运动时，通常借助于v-t图象进行分析，但当带电粒子穿越电场的时间远小于交变电压的周期时，又将交变电压（场）理想成恒定电压（场）处理（84年全国高考试题）。
因此，在解决具体问题时，一定要注意对相关模型的属性、特征、规律等全面的比较和考证，防止机械盲目地类化和移植，其结果往往适得其反，大相径庭。

年级
高中
学科
物理
版本

期数

内容标题
　　紧扣物理模型 突破思维障碍
分类索引号
G.622.46
分类索引描述
辅导与自学
主题词
　　紧扣物理模型 突破思维障碍
栏目名称
学法指导
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