建立“物理模型”是物理學(xué)最重要和有效的研究方法

1、物理模型的構(gòu)建 【范例1】 底面半徑為r，高為h的圓錐形陀螺在光滑水平桌面上快速繞軸旋轉(zhuǎn)，同時(shí)以速度v0向右運(yùn)動(dòng)，若陀螺的轉(zhuǎn)動(dòng)軸在全部時(shí)間內(nèi)都保持豎直，則v0至少等于多少，才能使陀螺從桌面滑出后不會(huì)與桌邊發(fā)生碰撞?hrv0文字 確定研究對(duì)象: 從題文中發(fā)現(xiàn)：“陀螺的轉(zhuǎn)動(dòng)軸在全部時(shí)間內(nèi)都保持豎直”， 因此將陀螺當(dāng)作平動(dòng)的物體研究。依照題意畫(huà)出陀螺平動(dòng)的草圖。hrA情景文字情景 圓錐形陀螺在光滑水平桌面上快速繞軸旋轉(zhuǎn)，同時(shí)以速度v0向右運(yùn)動(dòng)，若陀螺的轉(zhuǎn)動(dòng)軸在全部時(shí)間內(nèi)都保持豎直，則v0至少等于多少，才能使陀螺從桌面滑出后不會(huì)與桌邊發(fā)生碰撞情景A點(diǎn)的軌跡恰好經(jīng)過(guò)桌邊，陀螺不會(huì)與桌面接觸取陀螺運(yùn)動(dòng)左上

2、邊緣A點(diǎn)為研究對(duì)象A點(diǎn)做平拋運(yùn)動(dòng) A v0 A模型過(guò)程模型對(duì)象模型情景再現(xiàn)A操作運(yùn)算解答：水平方向上：r = v0 t 豎直方向上：h 解得： v0 為了保證不擦邊， v0 模型規(guī)律模型規(guī)律操作運(yùn)算平拋運(yùn)動(dòng)文字情景模型規(guī)律操作運(yùn)算【范例2】（05全國(guó)卷23 ）原地起跳時(shí)，先屈腿下蹲，然后突然蹬地。從開(kāi)始蹬地到離地是加速過(guò)程（視為勻加速），加速過(guò)程中重心上升的距離稱(chēng)為“加速距離”。離地后重心繼續(xù)上升，在此過(guò)程中重心上升的最大距離稱(chēng)為“豎直高度”。現(xiàn)有下列數(shù)據(jù)：人原地上跳的“加速距離”d1=0.50m , “豎直高度”h1=1.0m；跳蚤原地上跳的“加速距離”d2=0.00080m , “豎直高度

3、”h2=0.10m 。假想人具有與跳蚤相等的起跳加速度，而“加速距離”仍為0.50m ，則人上跳的“豎直高度”是多少？文字情景人（跳蚤）從曲腿到直立，重心上升。對(duì)象模型過(guò)程模型人（跳蚤）的重心初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)離地后重心繼續(xù)上升豎直上拋運(yùn)動(dòng)文字情景對(duì)象模型過(guò)程模型人（跳蚤）的重心模型 解：用a表示跳蚤起跳的加速度， v2表示離地時(shí)的速度，則對(duì)加速過(guò)程和離地后上升過(guò)程分別有 v2 2=2ad2 v2 2=2gh2 若假想人具有和跳蚤相同的加速度a，令v1表示在這種假想下人離地時(shí)的速度，H表示與此相應(yīng)的豎直高度，則對(duì)加速過(guò)程和離地后上升過(guò)程分別有 v1 2=2ad1 v1 2=2gH 由以

4、上各式可得H =h2d1/d2，代入數(shù)值 得 H =63m模型規(guī)律、運(yùn)算v2dh【范例1】構(gòu)造了兩個(gè)理想模型： 質(zhì)點(diǎn)的對(duì)象模型，平拋運(yùn)動(dòng)的過(guò)程模型。【范例2】構(gòu)造了三個(gè)理想模型： 重心的對(duì)象模型，初速度為零的勻加速運(yùn)動(dòng)和豎直上拋運(yùn)動(dòng)的過(guò)程模型。 復(fù)雜的陀螺運(yùn)動(dòng)（跳蚤跳躍）抽象成我們熟悉的運(yùn)動(dòng)過(guò)程。 小結(jié)：建立“物理模型”是物理學(xué)最重要和有效的研究方法理想化的對(duì)象模型實(shí)際問(wèn)題 的過(guò)程理想化的過(guò)程模型實(shí)際的研究對(duì)象物理模型所對(duì)應(yīng)的規(guī)律模型思維方法是對(duì)研究對(duì)象加以簡(jiǎn)化和抽象，突出主要因素，忽略次要因素，進(jìn)行研究和處理物理問(wèn)題的一般方法。理想化過(guò)程是模型法的精髓。閱讀“同步學(xué)習(xí)資料”研究飛機(jī)兩翼的電勢(shì)

5、差研究火車(chē)過(guò)橋時(shí)間研究水珠下落受到空氣的阻力研究小孩下滑時(shí)間飛機(jī)火車(chē)水珠小孩質(zhì)點(diǎn)球體輕桿導(dǎo)線強(qiáng)化練習(xí)1：下列情景中對(duì)象模型和過(guò)程模型各是什么？ 強(qiáng)化練習(xí)2：如風(fēng)速加倍，建筑物受到的風(fēng)力將變?yōu)樵瓉?lái)的多少倍？情景 對(duì)象模型 過(guò)程模型v tsv對(duì)象模型：長(zhǎng)方體氣柱過(guò)程模型：碰撞過(guò)程規(guī)律：動(dòng)量定理運(yùn)用碰撞過(guò)程求解解：氣體柱和墻壁相作用過(guò)程，由動(dòng)量定理 Ft = mv =vt s v 得F= sv v = sv2 故，風(fēng)速加倍，墻壁受力為原來(lái)的4倍啟示：流動(dòng)的氣體、液體，電子流和其他粒子流都可以構(gòu)造長(zhǎng)方體的對(duì)象模型，其特點(diǎn)是與流動(dòng)的速度有關(guān)。 例3、 (2006北京)磁流體推進(jìn)船的動(dòng)力來(lái)源于電流與磁場(chǎng)間

6、的相互作用，圖1是在平靜海面上某實(shí)驗(yàn)船的示意圖，磁流體推進(jìn)器由磁體、電極和矩形通道（簡(jiǎn)稱(chēng)通道）組成。 如圖2所示，通道尺寸a=2.0m、b=0.15m、c=0.10m，工作時(shí)，在通道內(nèi)沿z軸正方向加B=8. 0T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)；沿x軸負(fù)方向加勻強(qiáng)電場(chǎng)，使兩極板間的電壓U=99.6V；海水沿y軸方向流過(guò)通道。已知海水的電阻率=0.20m。 1、船靜止時(shí)，求電源接通瞬間推進(jìn)器對(duì)海水推力的大小和方向； 2、船以vs=5.0m/s的速度勻速前進(jìn)。以船為參照物，海水以5.0m/s的速率涌入進(jìn)水口，由于通道的截面積小于進(jìn)水口的截面積，在通道內(nèi)海水的速率增加到vd=8.0m/s。求此時(shí)金屬板間的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)U感。

7、 3、船行駛時(shí)，通道中海水兩側(cè)的電壓按U =U-U感計(jì)算，海水受到電磁力的80%可以轉(zhuǎn)換為船的動(dòng)力。當(dāng)船以vs=5.0m/s的速度勻速前進(jìn)時(shí)，求海水推力的功率。 情景： 推進(jìn)器中海水在磁場(chǎng)的作用下向后運(yùn)動(dòng)（電磁泵）文字： 1、動(dòng)力來(lái)源于電流與磁場(chǎng)間的相互作用 2、磁流體推進(jìn)器由磁體、電極和矩形通道 （簡(jiǎn)稱(chēng)通道）組成。 3、海水沿y軸方向流過(guò)通道；模型： 對(duì)象模型： 過(guò)程模型：規(guī)律： 情景： 推進(jìn)器中海水在磁場(chǎng)的作用下向后運(yùn)動(dòng)（電磁泵）通電導(dǎo)體通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受安培力作用解答：(1)根據(jù)安培力公式,推力F1=I1Bb,其中 I1= , R 則Ft= N對(duì)海水推力的方向沿y軸正方向(向右)(2)U

8、感=B vd b=9.6 V(3)根據(jù)歐姆定律，I2= A安培力F2=I2Bb=720 N對(duì)船的推力F=80%F2=576 N推力的功率P=F vs =80%F2 vs =2 880 W 二、建議 1、多題歸一，就是找模型。 2、遇到新題（尤其是現(xiàn)在流行的“信息題”）特別要想想怎樣建立正確的物理模型。結(jié)束語(yǔ)我們所面對(duì)的所有問(wèn)題都是有模型依據(jù)的，模型所對(duì)應(yīng)的規(guī)律也是早已被驗(yàn)證是正確的。 一、我們的任務(wù)： 1、是將具體的問(wèn)題轉(zhuǎn)化成一個(gè)模型； 2、是將這個(gè)模型所遵循的所有規(guī)律都找出來(lái)。物理解題中常見(jiàn)的模型對(duì)象模型過(guò)程模型特征質(zhì)點(diǎn)靜止、勻速運(yùn)動(dòng)、勻（變）加速直線運(yùn)動(dòng)，拋體運(yùn)動(dòng)、圓周運(yùn)動(dòng)、振動(dòng)、碰撞與物體的大小、形狀無(wú)關(guān)，所受力為共點(diǎn)力輕桿靜止、直線運(yùn)動(dòng)與物體的線度有關(guān)（不討論轉(zhuǎn)動(dòng)）物理解題中常見(jiàn)的模型對(duì)象模型過(guò)程模型主要特征點(diǎn)電荷在電場(chǎng)中加速，偏轉(zhuǎn)在磁場(chǎng)中做勻