中学物理常见模型及其应用.doc

中学物理常见模型及其应用物理现象往往很复杂,研究与之相关的物理问题时,不可能把方方面面的问题都考虑进去,如果这样,必然增加研究的难度甚至于无法着手研究。我们通常舍去那些表面的次要的因数,保留本质的主要的因数,把物理现象用简单抽象的理想模型来描述,它是物理现象的近似反映,也是中学阶段常用的解决物理问题的方法。中学物理的大部分内容都是以物理模型为载体向学生传达物理知识的,通过对物理模型的分析与讲解,既可以使学生获得基本的物理知识,也可以培养学生的创造思维能力。 1.物理对象模型。作为物理研究对象的客观实体的理想模型有质点、单摆、弹簧振子、点电荷、理想变压器、点光源等。 例如质点这一模型,初学者会以为体积大的不能当质点,体积小的就可以;平动的物体可看作质点,转动的物体不可以。其实不然!举例来说,一列火车从武汉开往北京,讨论火车的运行时间这类问题时,由于火车的长度比武汉到北京的距离小得多,就可以不考虑火车的长度而把火车当质点了。还是这辆火车,如要讨论的是这辆火车通过某一标志所用的时间,显然要考虑火车的长度而不能看作质点了。再比如,地球在绕太阳公转的同时也在自转,如研究地球的公转,就可把地球看作质点。研究地球的自转时,很明显要考虑各点运动情况的差异,就不能把地球当质点了。产生前述错误结论的原因在于没有把握住一个物理对象能否视为质点的关键条件:物体的形状和大小以及运动形式是否对所讨论的问题产生影响。有影响,则不管物体多大多小作何种运动都不能看作质点,反之,则可以。 2.物理状态及过程模型。这类模型有匀速直线运动、自由落体运动、等温变化、简谐振动、两物体的弹性碰撞过程等。 对于两物体的弹性碰撞,这个过程遵循动量守恒、机械能守恒等规律。在高中物理学习中是重点、难点,也是一个必考点。 现在如下条件下作简单分析:光滑的水平面上静止着一个物体甲,乙物体以某一速度从左方向着甲物体运动并与之碰撞。为分析问题的方便,可设想甲物体的左端连接着一个轻弹簧。乙物体接触甲物体左端的弹簧后,弹簧受到挤压开始压缩,产生反抗的弹力,使甲物体加速,乙物体减速。只要乙物体的速度大于甲物体的速度,甲乙就会接近,弹簧就会进一步被压缩,则甲物体继续加速,乙物体继续减速,必然有甲乙两物体等大共速的一刻,此时,弹簧被压缩到最短。之后甲物体仍加速,乙物体仍减速,甲物体的速度大于乙物体的速度,二者远离,弹簧开始恢复形变。在弹簧恢复原长之前,弹力使甲物体继续加速,乙物体的速度也相应发生变化。当弹簧恢复原长时,甲乙两物体分离。 设甲物体质量为m1,乙物体质量为m2 ,碰前乙物体的速度为v0,分离时,甲、乙两物体的速度分别为v1,v2。由动量守恒、机械能守恒可列式如下: m2 v0= m1 v1 + m2 v2 m2 v02=m1 v12+m2 v22 解之得:v1=2 m2 v0/?vm1 + m2?wv2=?vm2-m1?wv0 /?vm1 + m2?w 讨论: 如m2 = m1 ,则v1= v0 , v2=0 即碰后乙物体静止,甲物体以碰前乙物体的速度向前运动,称之为速度互换。 如m2 > m1 ,则v2的正负号与v1相同(都大于零),即碰后甲乙两物体朝同一方向运动。 如m2