雷少波

物理教學(xué)是以日常生活中的實際現(xiàn)象、實驗現(xiàn)象為基礎(chǔ)的，而我們所學(xué)的物理概念和規(guī)律大多是理想化條件下得出的。物理建模就是我們常常在碰到問題的時候，不是直接構(gòu)建概念去處理，而是先拋開與之無關(guān)的因素或者是影響很小的次要因素，抓住主要因素，透過問題的表象澄清事物的本質(zhì)，利用理想化的概念模型構(gòu)建來解決和處理實際問題的一種思維體系的思想。尤其在近幾年的高考考核中，有著要求明確提出注重基礎(chǔ)、強調(diào)物理建模能力的特點，而且在高考考題中不斷出現(xiàn)這樣的題型，因此加強學(xué)生解決物理實際問題和物理建模能力的培養(yǎng)，已經(jīng)迫在眉睫。下面我們就介紹一下近些年來高考物理題型以及需要的物理模型。

1.（2006年全國理綜卷Ⅰ）天空有近似等高的濃云層。為了測量云層的高度，在水平地面上與觀測者的距離為d=3.0km處進行一次爆炸，觀測者聽到由空氣直接傳來的爆炸聲和由云層反射來的爆炸聲時間上相差Δt=6.0。試估算云層下表面的高度。已知空氣中的聲速。

分析思路：解讀文字→描繪情景→構(gòu)建模型→尋找規(guī)律→列方程→運算→得出結(jié)果。

解析：①建立過程模型：聲音在空氣中勻速傳播的過程模型及聲音在云層表面的反射模型，并畫出傳播過程相應(yīng)的幾何圖形;②選擇處理此類型模型所相關(guān)的物理規(guī)律、公式：勻速直線運動位移公式、勾股定理，列方程求解。

解：如圖，A表示爆炸處，O表示觀測者所在處，h表示云層下表面的高度。用t1表示爆炸聲直接傳到O處所經(jīng)時間，則有

d=Vt1 ①

用t2表示爆炸聲經(jīng)云層反射到達O處所經(jīng)歷時間，因為入射角等于反射角，故有

②

已知 t2-t1=Δt ? ? ? ? ? ③

聯(lián)立①②③式，可得：

代入數(shù)值得h=2.0×103m

2.（2007年海南高考物理第15題）據(jù)報道，最近已研制出一種可以投入使用的電磁軌道炮，其原理如圖所示。炮彈（可視為長方形導(dǎo)體）置于兩固定的平行導(dǎo)軌之間，并與軌道壁密接。開始時炮彈在導(dǎo)軌的一端，通以電流后炮彈會被磁力加速，最后從位于導(dǎo)軌另一端的出口高速射出。設(shè)兩導(dǎo)軌之間的距離w=0.10 m，導(dǎo)軌長L=5.0 m，炮彈質(zhì)量m=0.30 kg。導(dǎo)軌上的電流I的方向如圖中箭頭所示。可認為，炮彈在軌道內(nèi)運動時，它所在處磁場的磁感應(yīng)強度始終為B=2.0 T，方向垂直于紙面向里。若炮彈出口速度為y=2.0×103 m/s，求通過導(dǎo)軌的電流I。忽略摩擦力與重力的影響。

解析：①建立模型：炮彈視為導(dǎo)電直導(dǎo)線模型，炮彈的運動為通電直導(dǎo)線在磁場中受安培力作用做勻加速直線運動模型;②選擇處理此類型模型所相關(guān)的物理規(guī)律、公式：安培力公式、牛頓第二定律、勻加速運動公式，列方程求解。

解：炮彈通電后受到的安培力

炮彈的加速度為：

炮彈做勻加速運動，有：

解得：I=6×105A

3.（2008年山東理綜第24題）某興趣小組設(shè)計了如圖所示的玩具軌道，其中“2008”四個等高數(shù)字用內(nèi)壁光滑的薄壁細圓管彎成，固定在豎直平面內(nèi)（所有數(shù)字均由圓或半圓組成，圓半徑比細管的內(nèi)徑大得多），底端與水平地面相切。彈射裝置將一個小物體（可視為質(zhì)點）以va=5m/s的水平初速度由a點彈出，從b點進入軌道，依次經(jīng)過“8002”后從p點水平拋出。小物體與地面ab段間的動摩擦因數(shù)u=0.3，不計其他機械能損失。已知ab段長L=1.5m，數(shù)字“0”的半徑R=0.2m，小物體質(zhì)量m=0.01kg，g=10m/s2。求：

（1）小物體從p點拋出后的水平射程。

（2）小物體經(jīng)過數(shù)這“0”的最高點時管道對小物體作用力的大小和方向。

解析：①建立模型：小物塊從p點拋出后為平拋運動模型，在數(shù)字“0”環(huán)中為豎直面內(nèi)圓周運動的管道模型，a至p運動過程雖然較為復(fù)雜，但可用能量觀點處理;②選擇處理此類型模型所相關(guān)的物理規(guī)律，如動能定理、向心力公式、平拋運動的分解法等，針對不同的過程及狀態(tài)，列方程求解。

解：（1）設(shè)小物體運動到p點時的速度大小為v，對小物體由a運動到p過程應(yīng)用動能定理，得：

①

小物體從p點拋出后做平拋運動，得： ? ? ②

s=vt ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ③

聯(lián)立①②③式，代入數(shù)據(jù)解，得s=0.8m ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?④

（2）設(shè)在數(shù)字“0”的最高點時管道對小物體的作用力大小為F，取豎直向下為正方向： ? ? ? ? ? ? ? ⑤

聯(lián)立①—⑤式，代入數(shù)據(jù)，解得F=0.3N，方向豎直向下。

從以上各題我們不難看到，高考對過程與方法的考查已經(jīng)提高到物理建模高度上來了，這就需要我們在平時的教學(xué)過程中，一定要引導(dǎo)學(xué)生在物理學(xué)習(xí)過程中，以“物”明“理”，見“物”思“理”，不要簡單理解為單純從理論到理論、用公式套公式，從而提高學(xué)生的物理建模能力。