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淺談物理建模在物理學習中的重要性

文章來源:本站原創(chuàng) 發(fā)布時間:2006年05月12日 點擊數(shù):

在物理學習中,有的學生經(jīng)常拿到物理題目無從下手,造成這種情況的原因是多方面的,但其中一個重要原因,就是這部分學生基礎不牢,沒有掌握好一些基本的物理模型。總認為只要多做一些題目就能把物理學好,就能在考試中得高分,其實不然。物理是一門培養(yǎng)思維的學科,它特別強調(diào)一個“悟”字,思考的越多,感悟的越多,屬于自己的東西也就越多。因此,我們在平時解題中千萬不能貪多求快,要能概括出題目所屬的物理模型,這樣做不僅能達到舉一反三的目的,久而久之,物理建摸的本領也會得到很大的提升。而一旦具有了自主建模的本領很多看似復雜的題目就會迎刃而解。

下面舉兩個例子說明“物理建?!钡闹匾?。

[1]自由下落的小球從接觸豎直的彈簧開始,到彈簧被壓縮到最大形變的過程中:

A.小球動能逐漸減小 

B.系統(tǒng)的勢能逐漸減小

C.小球在最低點時加速度的大小等于g  

D.小球在最低點時加速度的大小大于g

[分析和解]本題如果僅僅分析過程而不能看透其物理本質(zhì),就會增大題目的難度。反之,如果分析對路,得出小球接觸彈簧之后做的是簡諧運動,然后找出簡諧運動的平衡位置、端點,緊扣簡諧運動過程的受力特點、運動特點及簡諧運動的對稱性,就會茅塞頓開,感到題目很簡單。

該簡諧運動裝置的回復力是由重力與彈簧彈力的合力提供,平衡位置在重力和彈簧彈力等大反向時的位置,如圖中的O點,下端點是其運動的最低點D點,在其從A向著平衡位置O點運動時,由簡諧運動的特點可得:速度在增大,動能在增大,勢能在減小;而由平衡位置向下端點運動時,速度在減小,動能在減小,勢能在增大。從以上分析知:從小球開始接觸A點到下降到最低點D的過程中,動能和勢能均不是單調(diào)變化的。故A、B答案均錯。

在小球剛開始與彈簧接觸的A點,設其速度為v,由于此時彈簧的作用力為零,小球只受重力作用,因此其加速度為g,與它對稱的一點應在O點下方的B點,B點到O點的距離與A點到O點的距離等間距,抓住簡諧運動的對稱性可知:B點的速度也為v,加速度的大小為g。而由BD運動的過程中,由于其繼續(xù)遠離平衡位置,故加速度的大小將繼續(xù)增大,因此小球運動到最低點時加速度的大小應大于g。故C答案錯,D答案對。

本題選D。

[2]如圖所示,一根粗細均勻的金屬棒放在光滑的水平面上,在水平向右的恒力F作用下做勻加速直線運動,這時棒中自左向右的各橫截面上的張力的大小

A 都等于F

B 逐漸增大但不會大于F

C 都為零  

D 逐漸減小但不會小于F

[分析和解]本題看上去好象無從下手,但如果任取一個截面EF就可以看出它是一個連接體的物理模型。設金屬棒的質(zhì)量為M,EF截面左邊部分的質(zhì)量為m,則先用整體法得出加速度a=F/M,再對左邊部分用隔離法得截面EF上的張力為F'=mF/M,從左向右m逐漸增大,因此F'逐漸增大,但由于m<M,故張力F'<F,因此本題答案為B。

本題選B。

通過以上兩道例題的分析,我們可以更深刻的體會到物理建模在物理學習中的重要性。