中学物理解题思维及模型的应用

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  中学物理解题是难度较大的部分,由于中学物理解题存在思维解析和模型构建的问题,因而,需要引入物理解题的极限思维,并运用物理模型对物理解题进行有效应用,从而使物理解题思路得到拓展和开阔,增强同学们的物理学习能力和应用能力。
  解题举例1:在中学物理知识“电阻、电压和电流”中,A和B同为某一串联电路和两个电源,R和R1各为A、B电源两端的不同电阻,并且R是可变电阻,R1是电路的总电阻,在R这个可变电阻变化值足够大时,存在四种不同的状态:(1)A和B电源两点之间的电压值U会增大;(2)A和B电源两点之间的电压值U减小;(3)流经可变电阻R的电流值I会增大;(4)流经可变电阻R的电流值I会减小。
  常规的解题思路:当RAB增大的情况下,整个电路的总电流必然减小,然而,当UAB增大的情况下,流经R1的电流值I会增大,由此推断出结果(1)和(4)是正确的答案。这种常规的解题思路是运用物理欧姆定律进行解题,需要较长的时间。
  极限思维的解题思路:设定R值增大的连续性原理为前提,并以R值增大到无穷大时的极限值为条件进行思考,得出A和B的总电阻最大,再运用分压原理,得出结论UAB为最大值,并且当R增加至无穷大时,电路中的电流为0,由此迅速得出正确的解题答案为(1)和(4)。
  解题举例2:在城市的雨季时节,雨滴垂直掉落地面的速度为10m/s,如果在地面放置一个横截面积为80cm2,高度为10m的圆柱形量筒,在经过3min之后,圆柱形筒内的雨水水面积蓄为1cm,在自然风的作用下,雨水会偏斜角度30°,试问,如果用同样的量筒接的雨水量和无风的状态下相同,则需要多少时间?
  解题分析:可以建立一个解题模型,如图1所示。
  图1
  通过上述解题模型,可以分析得知,雨滴之间是不存在相互作用和影响的,由于风是水平方向,对于垂直下落的雨滴也不会造成影响,可见,雨滴垂直下落的速度与风速没有关联,在这个模型中的点阵之中,可以看到它在水平方向呈现平移的状态,对于点阵的密度没有影响,因而可以得知所需的时间仍为3min。
  解题举例3:物体A和B是相同的两只齿轮,A是固定不动的,B齿轮围绕A齿轮运动半周,可以到达C的位置,试判断B齿轮标注的竖直向上的箭头所指的方向。
  解题模型分析:可以构建模型如图2。
  图2
  图2中的B齿轮围绕A齿轮进行公转的同时也在自转,它公转90°即自转180°,则B齿轮到达C齿轮的位置,需要公转180°即自转360°,在进行模型分析和探究的过程中,可以准确地寻求出解题答案。
  在中学物理的解题过程中,运用极限思维方法和物理解题模型的策略,可以构建实体模型,引导学生进行物理问题探究,快速地找到物理解题的突破口和解题路径,从而提升物理解题效率。
  作者单位:安徽省宿州学院附属实验中学
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