中学物理模型的研究

张孟研

(曲阜师范大学附属中学 高二(13)班，山东 曲阜 273100)

中学物理模型的研究

张孟研

(曲阜师范大学附属中学 高二(13)班，山东 曲阜 273100)

本文分直线运动和曲线运动两部分总结了高中运动学中常见的十种物理模型的构建及相关问题的解决思路.

物理模型；力学；运动学

物理模型是人们学习、研究物理必需的一个工具，它可以将杂乱无章的问题整合在一个整体框架下，按照固定的方法解决不同问题.在高一一学年间，学习的物理模型主要如下：

一、直线运动

1.匀速直线运动

图1

匀速直线运动是一个比较简单的过程模型，其中速度恒定，位移x与时间t成正比，即：x=vt.

2.匀变速直线运动

上述两公式与动能定理有很大联系，亦可用动能定理证明.

3.自由落体运动

自由落体运动是一种特殊的匀加速直线运动.其中，物体只受重力，初速度为0，加速度a=g.

图2

4.斜面

最重要的模型之一.物体在斜面上受力一般如图2所示：一般为重力mg，摩擦力f和支持力N.若物体静止，由牛顿第三定律得f=mgsinθ，N=mgcosθ.这个模型应用十分广泛，典型题型有滑雪问题等.解决问题的关键在于将受力分平行于斜面方向和垂直于斜面方向各自单独分析，通过平衡和加速度找关系.

5.“子弹打木块”或“木块与长木板”

符合的规律：子弹和木块组成的系统动量守恒，机械能不守恒.

重要结论：系统损失的机械能等于阻力乘以相对位移，即：ΔE=fd相对.

共性特征：一物体在另一物体上，在恒定的阻力作用下相对运动，系统动量守恒，机械能不守恒，满足动量守恒定律和ΔE=f滑.d相对.

6.连接体

图3

两个或两个以上物体相互连接参与运动的系统称为连接体如图3甲、乙、丙、丁.连接体具有相同的加速度与速度.其方法有两种：一是隔离法，二是整体法.所谓隔离法就是将所研究的对象--包括物体、状态和某些过程，从系统或全过程中隔离出来进行研究的方法.所谓整体法就是将两个或两个以上物体组成的整个系统或整个过程作为研究对象进行分析研究的方法.

二、曲线运动

1.(类)平抛运动

类平抛运动是具有一个初速度、加速度恒定并与初速度垂直的曲线运动.平抛运动的初速度水平，加速度为g.解题时，只需将运动分解为水平和竖直两个方向就可以分析了.其中比较重要的有两个推论：

推论1：做平抛运动的物体在任意时刻任一位置处，设其末速度方向与水平方向的夹角为θ，位移与水平的夹角为φ，则tanθ=2tanφ．

图4 图5

推论2：做平抛运动的物体在任意时刻的瞬时速度的反向延长线一定通过此时水平位移的中点．

图6

2.匀速圆周运动

·双星模型

双星系统由宇宙中两颗相距较近的天体构成，忽略系统外其它星体的作用(也可称为“孤星系统”)，系统内各子星均绕着它们的中心连线上某一点做匀速圆周运动，所需的向心力由系统内其它星体对其的万有引力提供，示意图如图6.

运动特点：(1)两星体做匀速圆周运动的周期、频率、角速度相等；(2)轨道半径与物体的质量成反比；(3)线速度大小与物体的质量成反比；(4)两星体在转动中动量大小相等；(5)在匀速圆周运动中，万有引力始终与速度垂直，不做功，故转动中两星体动能不变.

注意点：万有引力定律中的r为两星体之间的距离，而向心力公式中的r为所研究星体做圆周运动的轨道半径.

以此为基础可以扩展至三星、四星等.注意：三星及以上的模型具有两种或以上形式，如三星模型：三颗星可以排列在一条直线上，也可以不共线.

·凹(凸)形桥

汽车通过凹形桥时向心力F=FN-mg，处于超重状态；汽车通过凸形桥时向心力F=FN+mg，处于失重状态.

以上是我归纳的高一阶段的几种常见的物理模型，把各种常见的物理模型吃透，对于我们解决相关的物理问题，提高解题效率具有重要的作用.

[1]课程教材研究所.物理必修一[M].北京：人民教育出版社，2013.1.

[2]课程教材研究所.物理必修二[M].北京：人民教育出版社，2013.1.

[3]课程教材研究所.物理选修三[M].北京：人民教育出版社，2016.11.

[4]袁振卓.平抛运动的推论及应用[OL].http://res.tongyi.com/resources/article/student/others/zt090318/zt/gz/wl/85.htm.

[5]潘华君.“双星”模型的构建和应用.[OL].http://old.pep.com.cn/gzwl/jszx/tbjx/kb/bx2/st/201309/t20130904_1164473.htm.

[责任编辑：闫久毅]

G632

A

1008-0333(2017)25-0084-02

2017-07-01

张孟研(2000.1.23-)，男，山东曲阜，高中在读.