巧用物理模型解題

摘 要： 本文結合當前教學教改的形勢和中學物理教學的特點，詳細地論述了應用物理模型的方法、解題思路及技巧，提出了在中學物理教學中使用模型教學培養學生能力的新思路。

關鍵詞： 培養能力 解題技巧 物理模型

物理學是一門研究物質最普遍、最基本的運動形式的自然科學。而所有的自然現象都不是孤立的。這種事物之間復雜的相互聯系，一方面反映了必然聯系的規律性，同時又存在著許多偶然性，使我們的研究產生了復雜性。人們在著手研究時，總是遵循這樣一條重要的方法論原則，即從簡到繁，先易后難，循序漸進，逐次深入。根據這條原則，人們在處理復雜的問題時，總是試圖把復雜的問題分解成若干個比較簡單的問題逐個擊破，或者把復雜的問題轉成比較簡單的問題。

基于這樣的一個思維過程，人們就創建了“物理模型”。可見，物理模型是指：物理學所分析的、研究的實際問題往往很復雜，為了便于著手分析與研究，物理學中常常采用“簡化”的方法，對實際問題進行科學抽象的處理，用一種能反映原物本質特性的理想物質（過程）或暇想結構，去描述實際的事物（過程）。這種理想物質（過程）或假想結構稱之為“物理模型”。

建立和正確使用物理模型對學生的思維發展、解題能力的提高起著重要的作用，能起到事半功倍的效果。本文就舉例談談利用物理模型，簡捷、準確解決物理問題的途徑與方法。

［例1］如圖一所示，在光滑的水平面上靜止著兩小車A和B，在A車上固定著強磁鐵，A車總質量為5kg，B車上固定著一個閉合的螺線管，B車的總質量為10kg。現給B車一個水平向左的100N·s瞬間沖量，若兩車在運動過程中不發生直接碰撞，則相互作用過程中產生的熱能是多少？

本題以動量守恒定律、能的轉化守恒定律、楞次定律等知識點為依托，考查分析、推理能力，等效類比模型轉換的知識遷移能力。

解題方法與技巧：由于感應電流產生的磁場總是阻礙導體和磁場間相對運動，A、B兩車之間就產生排斥力，以A、B兩車為研究對象，它們所受合外力為零，動量守恒，當A、B車速度相等時，兩車相互作用結束，據以上分析可得：

從B車運動到兩車相對靜止過程，系統減少的機械能轉化成電能，電能通過電阻發熱，轉化為焦耳熱。根據能量轉化與守恒：

［例2］在原子反應堆中抽動液態金屬或在醫療器械中抽動血液等導電液體時，由于不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，圖二所示為這種電磁泵的結構。將導管放在磁場中，當電流通過導電液體時，這種液體即被驅動。如果導管中截面面積為a·h，磁場的寬度為L，磁感應強度為B，液體穿過磁場區域的電流強度為I，求驅動力造成的壓強差為多少？

解題方法與技巧：此題的題源背景是電磁泵問題，它的原理是，當電流流過液體時，液體即為載流導體，在磁場中將受到安培力作用，力的方向由左手定則判定，所以液體將沿v的方向流動。液體通電后可視為導體，從電磁場的原理圖中可抽象出如圖三所示的模型，既通電導體在磁場中受力模型。以載流導體為研究對象，根據安培力公式，載流導體受到的安培力

（即液體受力）為：

由此我們可以看出，理想化模型就是為便于對實際物理問題進行研究而建立的高度抽象的理想客體。

高考命題以能力立意，而能力立意又常以問題立意為切入點，千變萬化的物理命題都是根據一定的物理模型，結合某些物理關系，給出一定的條件，提出需要求的物理量的。而我們解題的過程，就是將題目隱含的物理模型還原，求結果的過程。

運用物理模型解題的基本程序：

（1）通過審題，攝取題目信息。如：物理現象、物理事實、物理情景、物理狀態、物理過程等。

（2）弄清題給信息的諸因素中什么是主要因素。

（3）尋找與已有信息（某種知識、方法、模型）的相似、相近或聯系，通過類比聯想或抽象概括，或邏輯推理，或原型啟發，建立起新的物理模型，將新情景問題“難題”轉化為常規命題。

（4）選擇相關的物理規律求解。

注：“本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文。”