蔣貴明

〔關鍵詞〕 物理教學；建構模型；彈性碰撞；實踐意義

〔中圖分類號〕 G633.7〔文獻標識碼〕 C

〔文章編號〕 1004—0463（2012）１5—0031—０1

在物理課堂教學中，復雜多變的問題往往需要借助物理學抽象思維，通過建構模型來觀察分析問題，同質等量分解其發(fā)生過程，做到問題的由繁化簡，得到問題的求證與求解.通過構建物理模型來解決物理問題的過程，正是教師指導學生積極思維的一種具體表現(xiàn)，是提高學生分析解決問題能力的一個有效途徑.現(xiàn)就通過動量守恒這一基礎性理論和彈性碰撞這一實例，探究建構模型在物理教學中的實踐意義.

根據動量守恒定理，在單純的碰撞過程中系統(tǒng)的機械能不會增加，一般都會有一部分機械能的損失并且轉化為內能.若碰撞為彈性碰撞，則沒有動能的損失，既滿足動量守恒，又滿足碰撞前后動能不減少.此外，參與碰撞、爆炸、撞擊的物體系統(tǒng)均屬于強相互作用系統(tǒng)，物體受強作用力的作用，作用過程時間短，作用過程發(fā)生的位移很小可以忽略，速度發(fā)生突變.事實上強作用系統(tǒng)產生的效果可以通過弱作用較長的時間積累而產生.

如圖所示：

我們可以將彈性碰撞模型過程所用的時間放大細化，看作是兩個小球開始接觸并相互擠壓.前面原來靜止的小球2開始加速，后面的小球1減速，當1、2兩球速度相等時，球1、2之間的彈性勢能最大，這個過程的一部分動能轉化為彈性勢能.接下來兩小球開始分離，彈性勢能又開始轉化為動能，當兩小球完全分離時，彈性勢能又全部轉化為動能.實際上，整個過程中，系統(tǒng)的動能并沒有減少，且動量守恒，將這個強作用過程可分為兩個過程：

第一過程：開始作用到彈性形變最大.

m1v1=（m1+m2）v'

m1v1－（m1+m2）v'２＝Ｅ

第二過程：恢復形變過程.

（m1+m2）v'＝m1v1'＋m２v２'

（m1＋m２）v１'２＋Ｅ＝m1v1'2＋m２v２'２

反之，有些弱作用過程還可借助強作用的過程模型進行分析處理.

【例】在光滑絕緣的水平面上有兩個質量分別為m和4m的帶電小球1和2 ，帶電量分別是q和4q，當兩球間的距離d>L時，庫侖力可以忽略，現(xiàn)在小球1靜止，小球2以速度v從相距d（d>L）的位置沿兩球球心的連線向球1運動，若運動過程兩球始終沒有接觸.求：

（1）兩球組成的系統(tǒng)具有的最大電勢能是多少？

（2）兩球再次相距d時，兩球的速度大?。?/p>

分析：這兩個小球的作用過程模型實質上和彈性碰撞模型是一樣的.當兩球速度相等、相距最近時，系統(tǒng)的彈性勢能最大.對此過程滿足動量守恒和能量守恒.

４mv=（m+4m）v'

Ep=?駐Ｅk=×４mv2-（４m+m）v'２

得：Ｅp=mv2

當兩球再次相距d時，庫侖力可以忽略，電勢能為零，整個過程相當于兩個小球發(fā)生了彈性碰撞的情形，因此，全過程動量守恒，動能不變.則:

４mv=mv1+4mv2

×４mv2＝×mv１２＋×４mv２２

得v1=vv2=v

通過上述彈性碰撞實例模型的構建，有助于我們理解物理模型及物理問題的本質，也有助于我們更好的建立物理模型，靈活地解決實際問題. 建立物理模型的能力，是高中學生學習物理必須具備的一項基本素養(yǎng).我們面對諸多復雜而多變的實際問題，將這些問題抽象成我們所熟悉的物理模型來加以解決，不但有助于將問題由表及里分析透徹，而且有利于把求解過程化繁為易，進一步促進學生對知識的消化理解，提高對知識的轉化運用能力，這對我們教學實踐具有深遠的指導意義和重大的實踐價值.

編輯：張昀