關於模型法解物理題

論文類別:理學論文 > 物理學論文
論文標簽:物理教育論文
論文作者: 張代勇
上傳時間:2012/10/8 11:23:00

    物理模型是一種理想化的物理形態,是物理知识的一種直觀表現,科學家在進行理論研究時通常都要從創造“模型”入手,利用抽象、理想化、簡化、類比等手段,把研究對象的物理本質特征抽象出來,構成一個概念或實物體系,即形成物理模型。
    模型思維法是對研究對象加以簡化或純化,突出主要因素、忽略次要因素,從而來研究、处理物理問題的一種思維方法。
    從本質上講,分析和解決物理問題的過程,就是構建物理模型的過程,我們平時所說的解题時應“明確物理過程”,在頭脑中建立“一幅清晰的物理图景”,其實就是指構建物理模型。例如,小球從樓頂靜止下落,其中就運用了一個質点的自由落體模型。但在許多實际問題中,往往給出的現象、狀態、過程以及相關條件並不顯而易見,而是隱含較深,必須通過審慎的比較、分析、判斷等思維过程後才能正確合理地構建起来。
    例 原型題:如圖1所示,用細線將一質量为m的小球懸掛在車厢頂板上,當車沿平直路面勻加速行駛時,可觀察到小球受細线約束而偏離豎直方向θ角,求車廂的加速度a?
关于模型法解物理题  

    解析 很顯然,車廂做勻加速直線運动時,懸掛在車廂頂板上的小球也隨同車廂一起做勻加速直線運動,小球和車廂应該具有相同的加速度a。對小球進行受力分析,借助牛頓第二定律可以求得小球的加速度a。如圖2所示,用平行四边形定則將小球重力mg、細線的拉力F合成为水平方向合力F合,它們之間有確定的三角函數關:关于模型法解物理题 的加速度a=g?tanθ。
    用上述方法求解“車擺模型”,既體現了“整體(車廂的運动)法”和“隔離(小球的受力)法”的力學分析基本思想的方法,又整合了“力合成的平行四邊形定则”和“牛頓第二定律”,突出了加速度a的紐帶作用。
    理解了“車擺模型”的動力學特征,我們可以把它巧妙变換求解其他一些比較棘手的動力学問題。
    例 變式題1 如圖3所示,裝滿紅薯的框在粗糙水平面上向左勻減速滑行,若框與地面間的動摩擦系數为u,求框中一個質量
关于模型法解物理题  
    為m0的紅薯(圖3中塗黑處)受到周围其他紅薯的作用力?
    解析 框在水平向左勻減速滑行時,框和紅薯的加速度相等,均為a=ug(方向水平向右)。若將周圍其他紅薯对質量為m0的紅薯產生的作用力等效為F,則可得這個红薯的受力分析如圖4所示,註意到F合=m0a=m0ug,由勾股定理易得:
关于模型法解物理题  
    
    此例中,被隔離研究的紅薯的動力學特征與原型題中的小球相仿。
    變式題2 一輛向前行駛的運輸車,其裝油的油箱長為L,某時發現其油箱內前後液面差為0.5L,如圖所示,試求此时刻運輸車運動的加速度 a?
   关于模型法解物理题  
    解析 此題可以視為題1的變形題,可取液面上的一滴油為研究對象,由問題1中 关于模型法解物理题易得運輸車此時刻的加速度 关于模型法解物理题
    總之,在分析物理情境中,充分利用物理模型思維法去處理問題,會使解題直觀,難題目變簡單。也會使人在不自覺中掌握一些常用的物理模型,形成一套模型思維法。 免費論文下載中心 http://www.hi138.com
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