物理模型与物理问题处理Stillwatersrundeep.流静水深流静水深,人静心深人静心深Wherethereislife,thereishope。有生命必有希望。有生命必有希望物理模型的概念和创建背景物理模型的概念和创建背景 1、从广义上讲，物理学中的各种基本概念和过程都可视、从广义上讲，物理学中的各种基本概念和过程都可视作物理模型，如物质、长度、时间、空间等，因为它们都是以作物理模型，如物质、长度、时间、空间等，因为它们都是以各自相应的现实原型（实体）为背景加以抽象出来的物理概念；各自相应的现实原型（实体）为背景加以抽象出来的物理概念；从狭义上讲，只有那些反应特定问题或特定具体事物的结构才从狭义上讲，只有那些反应特定问题或特定具体事物的结构才叫物理模型，如高中阶段提到的质点、匀速直线运动等，一般叫物理模型，如高中阶段提到的质点、匀速直线运动等，一般情况下，我们谈的都是狭义上的物理模型。情况下，我们谈的都是狭义上的物理模型。2、物理学的目的在于认识自然，把握自然，而自然界中任、物理学的目的在于认识自然，把握自然，而自然界中任何事物都与其他事物之间存在着千丝万缕的联系，并在不断的何事物都与其他事物之间存在着千丝万缕的联系，并在不断的变化着。面对复杂多变的自然界，人们着手研究时，总是遵循变化着。面对复杂多变的自然界，人们着手研究时，总是遵循这样一条重要的方法论原则，即忽略次要因素、抓住主要矛盾，这样一条重要的方法论原则，即忽略次要因素、抓住主要矛盾，或从简到繁、由易到难，循序渐进，逐次深入。根据这条原则，或从简到繁、由易到难，循序渐进，逐次深入。根据这条原则，人们在处理复杂的问题时，总是试图把复杂的问题分解成若干人们在处理复杂的问题时，总是试图把复杂的问题分解成若干个较为简单的问题逐个突破。正是基于这个思维过程，人们创个较为简单的问题逐个突破。正是基于这个思维过程，人们创建了建了“物理模型物理模型”这一工具和概念来解决问题。这一工具和概念来解决问题。“通过物理概念和规律的学习过程，通过物理概念和规律的学习过程，了解物理学的研究方法，认识物理了解物理学的研究方法，认识物理实验、实验、物理模型物理模型和数学工具在物理和数学工具在物理发展过程中的作用发展过程中的作用”普通高中物理课程标准普通高中物理课程标准 【例【例1】一跳水运动员从离水面】一跳水运动员从离水面10m高的平台上向上高的平台上向上跃起跃起,举双臂直体离开台面，此时其重心位于从手举双臂直体离开台面，此时其重心位于从手到脚全长的中点，跃起后重心升高到脚全长的中点，跃起后重心升高0.45m达到最高达到最高点，落水时身体竖直，手先入水（在此过程中运动点，落水时身体竖直，手先入水（在此过程中运动员水平方向的运动忽略不计）从离开跳台到手触水员水平方向的运动忽略不计）从离开跳台到手触水面，他可用于完成空中动作的时间是面，他可用于完成空中动作的时间是_s。（计算时，可以把运动员看作全部质量集中在重心（计算时，可以把运动员看作全部质量集中在重心的一个质点，的一个质点，g取取10m/s2，结果保留二位数），结果保留二位数） 一、实际模型的抽象一、实际模型的抽象 参考答案：参考答案：1.7s【例【例2】一升降机在箱底装有若干个弹簧，设在某次事故】一升降机在箱底装有若干个弹簧，设在某次事故中，升降机吊索在空中断裂，忽略摩擦力，则升降机在中，升降机吊索在空中断裂，忽略摩擦力，则升降机在从弹簧下端触地后直到最低点的一段运动过程中，从弹簧下端触地后直到最低点的一段运动过程中，（A）升降机的速度不断减小）升降机的速度不断减小（B）升降机的加速度不断变大）升降机的加速度不断变大（C）先是弹力做的负功小于重力做的正功，然后是弹）先是弹力做的负功小于重力做的正功，然后是弹力做的负功大于重力做的正功力做的负功大于重力做的正功（D）到最低点时，升降机加速度的值一定大于重力加）到最低点时，升降机加速度的值一定大于重力加速度的值。速度的值。参考答案：参考答案：CD【例【例3】人的心脏每跳一次大约输送人的心脏每跳一次大约输送810-5m3的血的血液，正常人血压（可看作心脏压送血液的压强）液，正常人血压（可看作心脏压送血液的压强）的平均值约为的平均值约为1.5104Pa，心跳约每分钟，心跳约每分钟70次。据次。据此估测心脏平均功率约为此估测心脏平均功率约为_W。参考答案：参考答案：1.4W 二、抽象模型的还原二、抽象模型的还原 【例【例4】单摆模型】单摆模型例例4-1：固定光滑圆弧轨道：固定光滑圆弧轨道AB部分所对应的圆心角部分所对应的圆心角小于小于5，末端切线水平。两个相同的小球，末端切线水平。两个相同的小球a、b分别分别从轨道的顶端和正中由静止开始下滑，比较它们到从轨道的顶端和正中由静止开始下滑，比较它们到达轨道底端所用的时间：达轨道底端所用的时间：tatb。参考答案：等于参考答案：等于例例4-2：已知如图，匀强电场方向水平向右，场强已知如图，匀强电场方向水平向右，场强E=1.5106V/m，丝线长，丝线长l=40cm，上端系于，上端系于O点，下端点，下端系质量为系质量为m=1.010-4kg，带电量为，带电量为q=+4.910-10C的小的小球，将小球从最低点球，将小球从最低点A由静止释放，求：由静止释放，求：（1）小球摆到最高点时丝线与竖直方向的夹角多大？）小球摆到最高点时丝线与竖直方向的夹角多大？（2）摆动过程中小球的最大速度是多大？）摆动过程中小球的最大速度是多大？OAE 参考答案：参考答案：741.4m/s【例【例5】碰撞模型】碰撞模型v0v1v2mAmBmBmA特殊情况：特殊情况：v1=v2例例5-1：一放置在光滑水平面上的汽缸，用活塞封闭：一放置在光滑水平面上的汽缸，用活塞封闭一定质量的气体，汽缸和活塞的质量均为一定质量的气体，汽缸和活塞的质量均为m ,如图如图所示。现给活塞一个水平向左的初速度所示。现给活塞一个水平向左的初速度v0,使其向使其向左运动，则在以后的运动中，被封闭气体内能改变左运动，则在以后的运动中，被封闭气体内能改变的最大值为的最大值为。v0mm参考答案：参考答案：例例5-2：如图所示，在光滑的水平面上静止放置一块：如图所示，在光滑的水平面上静止放置一块长为长为50cm、质量为、质量为1kg的木板，在木板的左端有一的木板，在木板的左端有一质量为质量为1kg的小铜块（可视为质点），一颗质量为的小铜块（可视为质点），一颗质量为10g的子弹以的子弹以200m/s的速度射向铜块，碰撞后以的速度射向铜块，碰撞后以100m/s的速度被反向弹回。要使铜块不从木板的右的速度被反向弹回。要使铜块不从木板的右端滑下，求铜块与木板间的动摩擦因素至少为多少端滑下，求铜块与木板间的动摩擦因素至少为多少？（？（g取取10m/s2）参考答案：参考答案：0.45例例5-3：如图所示，两根间距为：如图所示，两根间距为l的光滑金属导轨（不计电阻），的光滑金属导轨（不计电阻），由一段圆弧部分与一段无限长的水平段部分组成。其水平段加由一段圆弧部分与一段无限长的水平段部分组成。其水平段加有竖直向下方向的匀强磁场，磁感应强度为有竖直向下方向的匀强磁场，磁感应强度为B，导轨水平段上静，导轨水平段上静止放置一金属棒止放置一金属棒cd，质量为，质量为2m，电阻为，电阻为2r。另一质量为。另一质量为m，电，电阻为阻为r的金属棒的金属棒ab，从圆弧段，从圆弧段M处由静止释放下滑至处由静止释放下滑至N处进入水处进入水平段，圆弧段平段，圆弧段MN半径为半径为R，所对圆心角为，所对圆心角为60，求：，求：（1）ab棒刚进入磁场区域时，通过导体棒中的电流；棒刚进入磁场区域时，通过导体棒中的电流；（2）cd棒能达到的最大速度；棒能达到的最大速度；（3）cd棒由静止到达最大速度的过程中，系统所产生的电热。棒由静止到达最大速度的过程中，系统所产生的电热。参考答案：参考答案：【例【例6】氢原子模型】氢原子模型 例例6-1：质量为：质量为m、电量为、电量为q的质点在静电力的作的质点在静电力的作用下以恒定速率用下以恒定速率v沿圆弧从沿圆弧从A点运动到点运动到B点，其速点，其速度方向改变的角度为度方向改变的角度为（弧度），（弧度），AB弧长为弧长为s，则，则AB两点间的电势差及两点间的电势差及AB弧中点的场强大小分别弧中点的场强大小分别为为A-B=，E=。参考答案：参考答案：【例【例7】流体模型】流体模型（从处理问题的方法角度来还原）（从处理问题的方法角度来还原）I=nqSvBAvt例例7-1：如图所示，宇宙飞船以：如图所示，宇宙飞船以v=1.0 104m/s的速度进的速度进入尘埃区，设尘埃均匀分布的密度入尘埃区，设尘埃均匀分布的密度 =2.0 10-5kg/m3,飞船的触飞船的触尘正截面积尘正截面积S=5.0m2，且认为尘埃与，且认为尘埃与飞船作飞船作用后都附着在飞船上，则飞船受到用后都附着在飞船上，则飞船受到尘埃的平均作用力尘埃的平均作用力为多大？为多大？1.0 104N参考答案：参考答案：v【例【例8】图是磁流体发电机的发电原理图：将一束等离子】图是磁流体发电机的发电原理图：将一束等离子体（即高温下电离的气体，含有大量带正电和带负电的微体（即高温下电离的气体，含有大量带正电和带负电的微粒，而从整体来说呈中性）喷射入磁场，磁场中粒，而从整体来说呈中性）喷射入磁场，磁场中P、Q金属金属板上就会聚集电荷，产生电压。设图中两块金属板的长度板上就会聚集电荷，产生电压。设图中两块金属板的长度均为均为a，宽度均为，宽度均为b，金属板平行且正对放置，间距为，金属板平行且正对放置，间距为d，其间有匀强磁场，磁感应强度为其间有匀强磁场，磁感应强度为B，等离子体的流速为，等离子体的流速为v（保持不变）、电阻率为（保持不变）、电阻率为，外接负载电阻的阻值为，外接负载电阻的阻值为R。等。等离子体从一侧沿垂直磁场且与金属板平行的方向进入两板离子体从一侧沿垂直磁场且与金属板平行的方向进入两板间，求通过负载电阻的电流间，求通过负载电阻的电流I。vR B等离子体PQ ba三、建立模型处理物理问题三、建立模型处理物理问题参考答案：参考答案：【例【例9】如图所示为利用电磁作用输送非导电液体装置的示意图。】如图所示为利用电磁作用输送非导电液体装置的示意图。一边长为一边长为L、截面为正方形的塑料管道水平放置，其右端面上有、截面为正方形的塑料管道水平放置，其右端面上有一截面积为一截面积为A的小喷口，喷口离地的高度为的小喷口，喷口离地的高度为h，管道中有一绝缘活，管道中有一绝缘活塞。在活塞的中部和上部分别嵌有两根金属棒塞。在活塞的中部和上部分别嵌有两根金属棒a、b，其中棒，其中棒b的的两端与一电压表相连，整个装置放在竖直向上的匀强磁场中。当两端与一电压表相连，整个装置放在竖直向上的匀强磁场中。当棒棒a中通有垂直纸面向里的恒定电流中通有垂直纸面向里的恒定电流I时，活塞向右匀速推动液体时，活塞向右匀速推动液体从喷口水平射出，液体落地点离喷口的水平距离为从喷口水平射出，液体落地点离喷口的水平距离为S。若液体的密。若液体的密度为度为p，不计所有阻力，求：，不计所有阻力，求：（1）活塞移动的速度；（）活塞移动的速度；（2）该装置的功率。）该装置的功率。参考答案：参考答案：1、2、 做物理习题是学习物理的重要部分，做习题时做物理习题是学习物理的重要部分，做习题时一样能够体会、了解物理学的思想方法和研究方法。一样能够体会、了解物理学的思想方法和研究方法。以实际的物理问题为背景，通过抽象建立理想化模以实际的物理问题为背景，通过抽象建立理想化模型，再应用已有规律去求解，从而得到新的结论型，再应用已有规律去求解，从而得到新的结论（规律），这对同学们而言，就是一种创新思维活（规律），这对同学们而言，就是一种创新思维活动。要摒弃那种单一的重复操练，选择一些灵活性、动。要摒弃那种单一的重复操练，选择一些灵活性、开拓性、应用性、发散性的物理习题，通过自己的开拓性、应用性、发散性的物理习题，通过自己的努力去研究、探索，并能够及时的归纳和反思，这努力去研究、探索，并能够及时的归纳和反思，这既能培养同学们的创新能力，同时也能使同学们在既能培养同学们的创新能力，同时也能使同学们在应试时表现出很强的竞争实力。应试时表现出很强的竞争实力。期期 望望再再见见 ！