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“物理模型”在高中物理二轮复习中的应用

发表时间：2020/8/3 来源：《中小学教育》2020年8月2期作者：苗超

[导读] 物理高考二轮复习旨在突破思维方法的训练，不再局限于知识点的专项训练，在二轮复习中，物理模型的理解和应用是重点，结合物理概念和物理规律，培养学生建立物理模型的思想方法是关键，灵活应用物理模型解决物理问题是升华。

苗超惠东高级中学
【摘要】物理高考二轮复习旨在突破思维方法的训练，不再局限于知识点的专项训练，在二轮复习中，物理模型的理解和应用是重点，结合物理概念和物理规律，培养学生建立物理模型的思想方法是关键，灵活应用物理模型解决物理问题是升华。
【关键词】物理模型；思想方法；知识迁移；建模能力
中图分类号：G652.2 文献标识码：A 文章编号：ISSN1001-2982 （2020）08-099-02

        最新版高考物理考试说明中，多次提到物理模型的应用，建模等关键词。研究近几年的物理高考试题发现：题目情景多来源于生活实际，包括前沿科技，体育运动，题目重在考查学生对物理知识的理解和迁移能力，应用物理知识建立模型的能力。什么是建立物理模型？利用所学的物理知识，把实际生活问题、前沿科技问题等进行抽象简化，忽略一些次要因素，从而把实际问题转化为常见的物理模型，应用所学知识解决问题。
        高中物理涉及的模型大概可以分为两类，一是概念模型：把研究对象进行简化，忽略掉次要因素，从而抽象得到的一些模型，比如：质点，轻绳，轻杆，点电荷，理想电表，理想气体，匀强电场等，都可以归为概念类模型。二是过程模型：物体运动过程复杂多变，把实际运动过程进行简化，得到一些简单理想的运动过程模型，比如：匀变速直线运动，平抛运动，匀速圆周运动，碰撞过程，理想气体的等温变化过程等，都可以归为过程模型。
        近年来，高考物理试题形式多变，内容紧扣时代变迁，生活实际等，文字叙述较多，这就要求学生能够在快速阅读中抽取关键的物理信息，忽略掉干扰信息，及时把题目表述的物理问题抽象建立成所学的物理模型，这就是建模过程，也是高中物理教学中的重要目标。二轮复习的重点就是引导学生研究近几年的高考物理试题，从模型的角度进行整理归纳，找出解决问题的方法和技巧。下面以2019年全国一卷为例进行说明。
        【例题1】（2019年全国一卷18题）．如图，篮球架下的运动员原地垂直起跳扣篮，离地后重心上升的最大高度为H。上升第一个所用的时间为t1，第四个所用的时间为t2。不计空气阻力，则满足
        A．1<<2 B．2<<3 C．3<<4 D．4<<5
        分析：题目背景是篮球运动中的扣篮问题，体育运动问题是物理高考试题中热点，这类问题很好地考察了学生解决实际问题的能力，题目中关键词：重心上升，不计空气阻力，由此可以把运动员运动过程抽象为质点的竖直上抛模型，利用匀变速直线运动模型的可逆性特征，很容易找出答案。本题考查了三个模型：质点，竖直上抛，匀变速直线运动，题目虽简单，涉及物理知识却都是主干知识，能够很好地考查学生的知识迁移能力。
        【例题2】（2019年全国一卷24.题）如图，在直角三角形OPN区域内存在匀强磁场，磁感应强度大小为B、方向垂直于纸面向外。一带正电的粒子从静止开始经电压U加速后，沿平行于x轴的方向射入磁场；一段时间后，该粒子在OP边上某点以垂直于x轴的方向射出。已知O点为坐标原点，N点在y轴上，OP与x轴的夹角为30°，粒子进入磁场的入射点与离开磁场的出射点之间的距离为d，不计重力。

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求
        （1）带电粒子的比荷；
        （2）带电粒子从射入磁场到运动至x轴的时间。
        分析：本题属于单个物体的多过程问题，属于高考中常见的题目类型。粒子经历电场中的匀加速直线运动，磁场中的匀速圆周运动，磁场外的匀速直线运动，这是三个简单的运动模型的组合，这类问题的分析方法，通常是按照运动顺序，运用所掌握的物理模型知识，分别对各运动过程分析处理。两个运动过程的衔接点是这类问题的突破点，该位置是上一个运动的结束，也是下一个运动的开始。
        高中物理二轮复习中，这类多过程问题是重点复习对象，此类题目形式多变，知识点可以自由组合，能够把受力分析，运动分析和能量分析很好的整合在一起。题目背景既能贴近生活，也能结合高科技，是高考的热门题型。在二轮复习计算题专项训练中，应该指导学生重点掌握这类问题的处理方法。
        【例题3】（2019年全国一卷25.题）竖直面内一倾斜轨道与一足够长的水平轨道通过一小段光滑圆弧平滑连接，小物块B静止于水平轨道的最左端，如图（a）所示。t=0时刻，小物块A在倾斜轨道上从静止开始下滑，一段时间后与B发生弹性碰撞（碰撞时间极短）；当A返回到倾斜轨道上的P点（图中未标出）时，速度减为0，此时对其施加一外力，使其在倾斜轨道上保持静止。物块A运动的v-t图像如图（b）所示，图中的v1和t1均为未知量。已知A的质量为m，初始时A与B的高度差为H，重力加速度大小为g，不计空气阻力。
        （1）求物块B的质量；
        （2）在图（b）所描述的整个运动过程中，求物块A克服摩擦力所做的功；
        （3）已知两物块与轨道间的动摩擦因数均相等，在物块B停止运动后，改变物块与轨道间的动摩擦因数，然后将A从P点释放，一段时间后A刚好能与B再次碰上。求改变前后动摩擦因数的比值。
        分析：本题考查多过程问题的另一类问题：多个物体的多过程问题。本题涉及物理模型有：匀变速直线运动，弹性碰撞，涉及知识点有：受力分析，动能定理，动量守恒，匀变速直线运动，功能关系，是一道综合性较强的题目，对数学知识和数学计算要求较高。此类问题的特征是同时存在多个物体的同时运动，运动中物体之间相互影响，分析过程较难，通常作为物理压轴题出现。
        二轮复习中要重视物理知识的整体关联，不能单单局限专题知识模块，更要重视各知识点之间的联系和交叉。从模型的角度考虑物理问题，跳出传统知识模块的限制，能够引导学生很好地把力学和电磁学甚至热学结合在一起，做到把物理知识整体化、系统化。
        在2019年高考中，全国一卷物理试题中还考查了以下模型：原子能级模型（14题），矢量三角形动态分析模型（19题），理想气体的等温变化和等容变化模型（33题），简谐振动模型（34题）。高考题目新颖多变，题目背景紧密联系生活、科技前沿，但是从知识点涉及到的模型看，就是前文提到的那几种常见物理模型，因此二轮复习过程要重视对物理模型的挖掘，特别是几种运动模型的处理方法尤其要引起重视。
        二轮复习中重视专题复习的同时，更应该突出各类物理模型的作用。老师要引导学生灵活掌握各种模型的分析方法，指导学生以各类物理模型为基础，分析近三年高考真题，进行拓展训练，让学生掌握物理模型的特征，熟练分析问题的方法，提升解决问题的能力。