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解答物理题是学生巩固深化、迁移发散、活化创新物理知识的有效途径之一。物理习题的设置是千变万化的,但一般来说,这些习题都已经是命题者依据某个物理模型,创设出必要的物理1胄景,给出已知量、隐含量,进而提出需要求解的问题。因此,对于学生来讲,整个解题的过程就是在命题者设置的物理情景中,充分考虑有用信息和已知条件,从原有的认知结构中提取、抽象、深化已学过的物理模型来构建新的物理模型的过程。当它与命题者设计给出的物理模型一致时,问题即可迎刃而解了。所以,解题过程可以培养学生应用并迁移物理模型的能力。
传统的物理习题往往已给出简化的物理对象、物理情景,以致学生在解题过程中不需要再对物理现象和情景做理想化处理,于是难以对学生解决物理实际问题的能力进行考查或考查较少。学以致用是中学物理教学的重要目标,当前的“综合考试”则突出强调以问题立意,考查学生的处理实际问题的能力。它体现在两个方面:明确物理对象、提取有用信息环节(建模准备、迁移、假设)和构建解题模型环节。可以说解答物理题的过程大体上是:分析题意,确定研究对象模型;参考对象所处的环境挖掘有用信息,剔除干扰信息,确定条件模型;依据对象的变化情况,确定其状态与过程模型;将对象、条件、状态、过程模型转化为相应的数学模型,从而解决实际问题。
本书从基本物理模型出发,对往年高考物理题进行物理模型的拆解,从而将复杂问题简单化,消除学生学习物理的畏难情绪;将基本物理模型进行重新组合,设计出新问题,帮助学生对物理知识融会贯通。
本书所选例题都是精选往年相关高考试题,克服了以大量习题进行简单重复训练的“广积粮”,彻底告别题海战术;摒弃了以繁、难、偏、怪题误导学生能力训练的“深挖洞”,立足基础知识,注重过程分析,强化思维训练,帮助学生构建清晰的知识体系,理顺流畅的解题思路,使广大学生在有的放矢解决问题的过程中感受温故知新的成就感,增强备考的实用性和有效性,以提高考生的应试水平。
古人云:授人以鱼,只供一饭之需;授人以渔,则一生受用无穷。希望通过本书能让离高一高二学生对高中物理建立学习的基本框架,让高三学生在尽可能短的时间内提高物成绩,信心百倍地迎接高考!
模型初探
高中物理模型简介——1
模型全解
第一章高中物理基本模型一4
一 实体模型——4
二过程模型一14
三状态模型——35
第二章高中物理常见复杂模型一54
一速度分解模型一54
二追击与相遇模型——58
三传送带模型——63
四机车启动模型——70
五双星模型一74
六子弹打木块模型——79
七碰撞模型一86
八人船运动模型——90
九 流体模型——94
十 分子模型一100
十一平行板电容器模型——102
十二 纯电阻电路与非纯电阻电路模型——108
十三 滑动变阻器模型——111
十四 电阻测量模型——116
十五 变压器模型——126
十六远距离输电模型——131
十七速度选择器模型——136
十八质谱仪模型——141
十九 回旋加速器模型——145
二十霍尔效应模型——150
二十一导电滑轨模型——155
二十二光电效应模型——162
二十三玻尔原子模型——166
二十四连接体模型——170
第三章高中物理中的动态模型—177
一 共点力作用下的动态平衡模型——177
二 弹簧弹力作用下的动态运动模型——183
三 洛仑兹力作用下的动态运动模型——187
四 安培力作用下的动态运动模型——190
五天体运动动态模型——195
六直流电路动态模型——201
七 变压器电路动态模型——204
八 理想气体状态变化动态模型——207
第四章 高中物理常用数学模型——212
一 三角函数——212
二 一元二次函数——218
三不等式——221
模型组合
第一章直线运动相关模型的组合——224
第二章 天体运动相关模型的组合——232
第三章竖直平面内圆周运动与其他运动形式之间的组合——237
第四章 带电粒子在场中运动模型的组合——231
第五章 碰撞与其他运动形式之间的组合——247
第六章其他模型组合——258
07真题拆题赏析
模型初探
高中物理模型简介
新世纪教育改革的纵深发展,旨在全面提高学生的素质.近年来高考内容的改改革,也体现了注重对学生能力和素质的考查.所以,对于高中物理这门课程,重要的是培养学生的科学素质,也即体现在对学生的创新精神和实践能力的培养上.高中物理教材不同于初中教材,前者是在后者的基础上引导学生由形象思维向抽象思维发展,从而使学生的思维产生一个质的飞跃.所以在高中物理的学习过程中研究的大多数对象是一些物理模型,这些物理模型既源于实践,又高于实践,在我们的生活、生产、科技领域中带有普遍的共性特征,具有一定的抽象概括性.正因为如此,学生普遍感觉高中物理难学:听听还懂,解决实际问题就困难.关键在于他们还是习惯于初中的那种形象思维方式,只会记概念、规律的静态结论,而不重视得出结论的发展过程,只会照葫画瓢,模仿性地解决一些简单的物理问题,而不善于通过观察分析,提炼出现实情景的物理模型。而后纳人到相关的知识体系中去加以处理,最后得到问题的解决.
一、物理模型的建立
物理学的研究对象遍及整个物质世界,大至天体,小至基本粒子,无奇不有,无所不至.面对复杂的物理问题,如果不采取突出主要矛盾,忽略次要因素的科学思想方法,人们就不可能摆脱浩如烟海、纷乱复杂的现象的纠缠,就不可能清晰描述物理概念并探索物理规律.因此,为了便于分析和研究大量的实际问题,物理学常常采用“简化”的方法,对实际问题进行科学化、抽象化处理,抓住主要因素,忽略次要因索,从而寻求到一种能反映事物本质特性的简化描述,理想过程和模拟结构,这种理想化的描述、过程和结构就称之为物理模型.物理模型是人们通过科学思维对物理世界中的原物的抽象描述,是按照物理科学研究的特定目标,用物质形式或思维形式对原型客体本质关系的再现.人们通过对物理模型的认识与研究,能够更加形象、深刻地获取原型客体的知识及其在自然界中运动变化的规律,能够更加清
晰、简捷地分析、处理并流畅地解决一些实际问题.正如著名科学家钱学森所说:模型是通过我们对问题现象的分析,利用我们考究得来的机理,吸收一切主要因素,略去次要因素所创造出来的一幅图画……是形象化了自然现象.”随着科学的发展,物理模型也随之发展,可以说,整个物理学的发展实际上就是物理模型的不断建立、应用、变化、移植和更新的过程.
中学物理中的物体、概念、公式、定理、定律等,都是在一定理想化模型下抽象和推导出来的.因此,了解并掌握物理模型方法,对学习、理解物理知识并解决实际问题是非常必要的.
二、物理模型的主要功能
1.可以使实际问题的处理大为简化而又不会发生大的偏差,从而较为方便地得到物体运动的基本规律.
2.对已知模型的结论稍加修正或移植,就可以对实际问题进行类比分析、概括、改造、探究、创新.
3.有助于对客观物理世界的真实认识,达到认识世界、改造世界、为人类服务的目的.例如伽利略利用理想斜面实验否定了亚里士多德的“外力是维持物体运动的原因”的观点.
三、物理模型分类
1.参与物
参与物是指参与所研究的物理现象的物理客体.由于实际发生的物理现象中参与的客体众多,影响因素繁杂,所以为了抓住现象的重要特征,往往舍弃次要因素,对所研究的物理客体进行简化,称之为建立物理模型.物理模型虽然是将实际物理客体理想化,但由于它经过了科学的抽象,因而能正确地反映客观物理现象.
在中学物理中所涉及的“参与物”如下(这里所说的参与物并非参与物理现象的真实客体,而是经过抽象化的理想物理模型).
质点、轻绳、轻弹簧、轻杆、点电荷、理想气体等.
2.物理过程
是指参与物在物理环境中的运动(变化历程).而物理环境是研究对象所处的理想化环境,其基本特征:第一,物理过程是对实际发生的运动(变化)的抽象或模拟,物理过程来自于实际运动过程,现实中的运动或变化过程是所抽象出的物理过程的基础;第二,物理过程与现实运动过程不同,它是人们对实际运动过程进行思维加工,抛弃非物理属性,抽象出纯物理属性,忽略次要因素,保留主要因素的理想化运动过程.
(图表省略)
3.物理过程中的各个状态
物理现象中任一物理过程都是由无数个连续的状态点依时间先后组合而成的.一般来说,物理过程中事物表现出的状态多种多样,所谓状态包括诸如:物体的形态、运动状态、受力状态、物体的热运动状态、带电状态、场的分布状态、微观世界中原子核外电子的受激状态等等.
物理现象中有些状态是能用肉眼观察到的,有些状态则要借助一些物理手段,例如实验、绘图才可觉察到.但是还有不少物理状态,要靠学生的想象才能建立图景,比如:电场、磁场的分布状态;例如将两个带异性电荷的物体分离或靠近,各自的电势变化、电场的重新分布,借助电场线也难以解决,必须通过做功过程分析方可认识.至于微观世界中大量分子运动的动态平衡等,更需要学生不断提高建立物理情景和实感的能力,才能正确地觉察或感知上述状态的特征.
物理状态有:平衡状态,非平衡状态;静态,动态;常态,临界态等.学生在学习过程中难以把握的主要是动态、临界态等.
学生应把研究物理现象作为学习和应用物理学的出发点,在明确“参与物”的前提下,细心分析“物理过程”和有关“状态”,经过一定时间的实践,一定会提高建立物理图景的能力.
模型全解
第一章 高中物理基本模型
一般来说,重要的物理理论的创立,都是在观察、实验和经验定律的基础上,运用抽象的方法形成基本概念,建立理想模型或实际抽象实验(理想实验),而后才有可能提出科学的假说,进而发展为科学理论.显见,建立理想模型在物理学的抽象中有着特别重要的意义,理想模型是对客观世界的近似反映,由于它只是反映原来实体中某些重要的功能和性质,突出了主要矛盾,因而具有认识上的抽象性和应用上的广泛性.现将高中物理涉及的理想化模型归纳如下.
中学物理中理想化模型
①实体理想化模型:质点、点电荷、弹簧振子、单摆、理想气体、点光源、光滑轨道、匀强电场、匀强磁场等
②过程理想化模型:匀速直线运动、匀变速直线运动、平抛运动、类平抛运动、竖直平面内圆周运动、匀速圆周运动、简谐振动、等幅振荡等
③理想实验:惯性定律实验、检验电荷置于电场中(不改变原场分布)等
④理想结构化模型:原子核式结构、氢原子能级等
⑤形象化理想模型:电场线、磁场线、力作用线等
一、实体模型
1.质点
模型解读
不考虑物体本身的形状和大小,并把质量看作集中在一点时,就可将这种物体看成“质点”.研究问题时用质点代替物体,可不考虑物体上各点之间运动状态的差别.它是力学中经过科学抽象得到的概念,是一个理想模型.可看成质点的物体往往并不很小,因此不能把它和微观粒子如电子等混同起来.若研究的问题不涉及转动或物体的大小跟问题中所涉及的距离相比较很微小时,即可将这个实际的物体抽象为质点.例如,在研究地球公转时,地球半径比日、地间的距离小得多,就可把地球看作质点,但研究地球自转时就不能把它当成质点.又如物体在平动时,内部各处的运动情况都相同,就可把它看成质点.所以物体是否被视为质点,完全决定于所研究问题的性质.
典题实例
经典例题 关于质点的下列描述,正确的是 ( )
A质量小的物体可看作质点
B体积小的物体可看作质点
C.在某些情况下,地球可以看作质点
D.做平动的物体肯定可以看作质点,做转动的物体肯定不可以看作质点
[解析]研究一个物体的运动时,如果物体的形状和大小属于无关因素或次要因素,为使问题简化,就用一个有质量的点来代替物体,用来代替物体的有质量的点叫做质点.像这种突出主要因素,排除无关因素,忽略次要因素的研究问题的思想方法,即为理想化方法,质点即是一种理想化模型.
如果物体的大小和形状在所研究的问题中起的作用很小,能忽略不计,就可以把它当作质点.所以A、B、D错.当我们研究地球的公转时,由于地球的直径比地球和太阳之间的距离要小得多,可以忽略,这时可以把地球看作质点,但是研究地球的自转时,地球的大小和形状却不能忽略,就不能再把地球看作质点,所以C正确.