物理模型

與物理問題處理

物理模型1

物理模型的概念和創(chuàng)建背景

1、從廣義上講，物理學中的各種基本概念和過程都可視作物理模型，如物質(zhì)、長度、時間、空間等，因為它們都是以各自相應(yīng)的現(xiàn)實原型（實體）為背景加以抽象出來的物理概念；從狹義上講，只有那些反應(yīng)特定問題或特定具體事物的結(jié)構(gòu)才叫物理模型，如高中階段提到的質(zhì)點、勻速直線運動等，一般情況下，我們談的都是狹義上的物理模型。2、物理學的目的在于認識自然，把握自然，而自然界中任何事物都與其他事物之間存在著千絲萬縷的聯(lián)系，并在不斷的變化著。面對復(fù)雜多變的自然界，人們著手研究時，總是遵循這樣一條重要的方法論原則，即忽略次要因素、抓住主要矛盾，或從簡到繁、由易到難，循序漸進，逐次深入。根據(jù)這條原則，人們在處理復(fù)雜的問題時，總是試圖把復(fù)雜的問題分解成若干個較為簡單的問題逐個突破。正是基于這個思維過程，人們創(chuàng)建了“物理模型”這一工具和概念來解決問題。物理模型的概念和創(chuàng)建背景2

“通過物理概念和規(guī)律的學習過程，了解物理學的研究方法，認識物理實驗、物理模型和數(shù)學工具在物理發(fā)展過程中的作用”

《普通高中物理課程標準》

“通過物理概念和規(guī)律的學習過程，了解物理學的研究方法，3【例1】一跳水運動員從離水面10m高的平臺上向上躍起,舉雙臂直體離開臺面，此時其重心位于從手到腳全長的中點，躍起后重心升高0.45m達到最高點，落水時身體豎直，手先入水（在此過程中運動員水平方向的運動忽略不計）從離開跳臺到手觸水面，他可用于完成空中動作的時間是______s。（計算時，可以把運動員看作全部質(zhì)量集中在重心的一個質(zhì)點，g取10m/s2，結(jié)果保留二位數(shù)）一、實際模型的抽象

參考答案：1.7s【例1】一跳水運動員從離水面10m高的平臺上向上躍起,舉雙臂4【例2】一升降機在箱底裝有若干個彈簧，設(shè)在某次事故中，升降機吊索在空中斷裂，忽略摩擦力，則升降機在從彈簧下端觸地后直到最低點的一段運動過程中，（A）升降機的速度不斷減?。˙）升降機的加速度不斷變大（C）先是彈力做的負功小于重力做的正功，然后是彈力做的負功大于重力做的正功（D）到最低點時，升降機加速度的值一定大于重力加速度的值。參考答案：CD【例2】一升降機在箱底裝有若干個彈簧，設(shè)在某次事故中，升降機5【例3】

人的心臟每跳一次大約輸送8×10-5m3的血液，正常人血壓（可看作心臟壓送血液的壓強）的平均值約為1.5×104Pa，心跳約每分鐘70次。據(jù)此估測心臟平均功率約為________W。參考答案：1.4W【例3】

人的心臟每跳一次大約輸送8×10-5m3的血液，6

二、抽象模型的還原

【例4】單擺模型二、抽象模型的還原【例4】單擺模型7例4-1：固定光滑圓弧軌道AB部分所對應(yīng)的圓心角小于5°，末端切線水平。兩個相同的小球a、b分別從軌道的頂端和正中由靜止開始下滑，比較它們到達軌道底端所用的時間：ta＿＿tb。參考答案：等于例4-1：固定光滑圓弧軌道AB部分所對應(yīng)的圓心角小于5°，末8例4-2：已知如圖，勻強電場方向水平向右，場強E=1.5×106V/m，絲線長l=40cm，上端系于O點，下端系質(zhì)量為m=1.0×10-4kg，帶電量為q=+4.9×10-10C的小球，將小球從最低點A由靜止釋放，求：（1）小球擺到最高點時絲線與豎直方向的夾角多大？（2）擺動過程中小球的最大速度是多大？OAE

參考答案：74°1.4m/s例4-2：已知如圖，勻強電場方向水平向右，場強E=1.5×9【例5】碰撞模型v0v1v2mAmBmBmA特殊情況：v1=v2【例5】碰撞模型v0v1v2mAmBmBmA特殊情況：v1=10例5-1：一放置在光滑水平面上的汽缸，用活塞封閉一定質(zhì)量的氣體，汽缸和活塞的質(zhì)量均為m,如圖所示?，F(xiàn)給活塞一個水平向左的初速度v0,使其向左運動，則在以后的運動中，被封閉氣體內(nèi)能改變的最大值為

。v0mm參考答案：例5-1：一放置在光滑水平面上的汽缸，用活塞封閉一定質(zhì)量的氣11例5-2：如圖所示，在光滑的水平面上靜止放置一塊長為50cm、質(zhì)量為1kg的木板，在木板的左端有一質(zhì)量為1kg的小銅塊（可視為質(zhì)點），一顆質(zhì)量為10g的子彈以200m/s的速度射向銅塊，碰撞后以100m/s的速度被反向彈回。要使銅塊不從木板的右端滑下，求銅塊與木板間的動摩擦因素至少為多少？（g取10m/s2）參考答案：0.45例5-2：如圖所示，在光滑的水平面上靜止放置一塊長為50cm12例5-3：如圖所示，兩根間距為l的光滑金屬導(dǎo)軌（不計電阻），由一段圓弧部分與一段無限長的水平段部分組成。其水平段加有豎直向下方向的勻強磁場，磁感應(yīng)強度為B，導(dǎo)軌水平段上靜止放置一金屬棒cd，質(zhì)量為2m，電阻為2r。另一質(zhì)量為m，電阻為r的金屬棒ab，從圓弧段M處由靜止釋放下滑至N處進入水平段，圓弧段MN半徑為R，所對圓心角為60°，求：（1）ab棒剛進入磁場區(qū)域時，通過導(dǎo)體棒中的電流；（2）cd棒能達到的最大速度；（3）cd棒由靜止到達最大速度的過程中，系統(tǒng)所產(chǎn)生的電熱。參考答案：例5-3：如圖所示，兩根間距為l的光滑金屬導(dǎo)軌（不計電阻），13【例6】氫原子模型

ω【例6】氫原子模型ω14例6-1：質(zhì)量為m、電量為q的質(zhì)點在靜電力的作用下以恒定速率v沿圓弧從A點運動到B點，其速度方向改變的角度為θ（弧度），AB弧長為s，則AB兩點間的電勢差及AB弧中點的場強大小分別為φA-φB=

，E=

。參考答案：例6-1：質(zhì)量為m、電量為q的質(zhì)點在靜電力的作用下以恒定速15【例7】流體模型（從處理問題的方法角度來還原）I=nqSvBAvt【例7】流體模型16例7-1：如圖所示，宇宙飛船以v=1.0104m/s的速度進入塵埃區(qū)，設(shè)塵埃均勻分布的密度

=2.010-5kg/m3,飛船的觸塵正截面積S=5.0m2，且認為塵埃與飛船作用后都附著在飛船上，則飛船受到塵埃的平均作用力為多大？1.0104N參考答案：v例7-1：如圖所示，宇宙飛船以v=1.0104m/s的速度17【例8】圖是磁流體發(fā)電機的發(fā)電原理圖：將一束等離子體（即高溫下電離的氣體，含有大量帶正電和帶負電的微粒，而從整體來說呈中性）噴射入磁場，磁場中P、Q金屬板上就會聚集電荷，產(chǎn)生電壓。設(shè)圖中兩塊金屬板的長度均為a，寬度均為b，金屬板平行且正對放置，間距為d，其間有勻強磁場，磁感應(yīng)強度為B，等離子體的流速為v（保持不變）、電阻率為，外接負載電阻的阻值為R。等離子體從一側(cè)沿垂直磁場且與金屬板平行的方向進入兩板間，求通過負載電阻的電流I。vR××××××××B××等離子體PQba三、建立模型處理物理問題參考答案：【例8】圖是磁流體發(fā)電機的發(fā)電原理圖：將一束等離子體（即高溫18【例9】如圖所示為利用電磁作用輸送非導(dǎo)電液體裝置的示意圖。一邊長為L、截面為正方形的塑料管道水平放置，其右端面上有一截面積為A的小噴口，噴口離地的高度為h，管道中有一絕緣活塞。在活塞的中部和上部分別嵌有兩根金屬棒a、b，其中棒b的兩端與一電壓表相連，整個裝置放在豎直向上的勻強磁場中。當棒a中通有垂直紙面向里的恒定電流I時，活塞向右勻速推動液體從噴口水平射出，液體落地點離噴口的水平距離為S。若液體的密度為p，不計所有阻力，求：（1）活塞移動的速度；（2）該裝置的功率。參考答案：1、2、【例9】如圖所示為利用電磁作用輸送非導(dǎo)電液體裝置的示意圖。一19

做物理習題是學習物理的重要部分，做習題時一樣能夠體會、了解物理學的思想方法和研究方法。以實際的物理問題為背景，通過抽象建立理想化模型，