从物理素质kpi考核谈模型方法的使用..doc

从物理素质考核谈模型方法的使用 ─——98年全国高考典型物理模型析 安徽省当涂县教委教研室（243100）陈兆金 物理模型是物理规律和物理理论赖以建立的基础。它是抽象化了的物理研究对象、物理条件和物理过程，这种对研究对象本质因素进行抽象的方法，就是模型方法，也是物理学研究的重要方法之一。 在中学物理教学中，学生所学习的每一条物理原理、定理或定律都与一定的物理模型相联系；解决每一个物理问题的过程，都是选用物理模型、使用模型方法的过程。因而，正确识别、建立物理模型、熟练使用模型方法是学生应该具备的基本物理素质，也是高考选拔具有学习潜能的考生的重要内容。 98年高考物理试题在物理模型的选用上有新的尝试与突破，试题对中学物理教材中一些常见的物理模型，或从内在规律上进行深层次的发掘，或从相互关系上进行巧妙的组合，模型典型、丰富，物理内涵丰富，检测了考生再现、分割、转换、移植或虚拟物理模型的能力，考查了考生活化模型、发掘模型的物理内涵及数学特征、应用模型方法的科学思维品质，从一个侧面突出了对考生科学素质的考核，对物理教学中加强素质教育有良好的导向作用。本文选择有代表性的模型分析如下： 一、再现物理模型，准确理解模型的物理实质 例1：第9题（氢原子跃迁发光）。 分析与解：正确解答本题的关键是：能准确地再现玻尔原子定态跃迁模型，真正理解原子发光的机理。需要考生根据模型作出氢原子能级图如图1，由图可知，当一群处于第三能级（n = 3）的激发态的氢原子发生跃迁时，能发出三种不同频率的光。 因此，题设原来处基态的氢原子，吸收照射光子的能量后发生跃迁的情况是：从n=1的基态跃迁到n=3的激发态。 由于氢原子相邻两能级之间的能量差随量子数n的增大而减小，因此其中频率最小为(的光子是从第3能级跃迁到第2能级时发出的；频率最大为(的光子是从第3能级跃迁到第1能级时发出的。据此可知，原照射光的频率也应为(，故照射光的光子能量为E＝h(，本题应选C. 深入研究的考生还会发现，这三种不同光的频率、波长之间存在下面有趣的关系： (＋(＝( 及 ＋＝. 二、分割物理模型，利用子模型的规律分析物理现象 例2：第12题（如图2，确定两单摆摆球的碰撞位置）。 分析与解：题目将单摆及碰撞两种模型巧 妙地组合起来，要求考生对模型进行分割，利用这两种模型各自具有的规律，对可能发生的物理现象作出判断。 从碰撞角度看，在碰撞过程中A球对B球的冲量水平向右，由动量定理可知，碰撞后B球的速度方向只能水平向右；B球对A球的冲量水平向左，如果m＞m，碰撞后A球的速度方向仍水平向右；如果m＜m，碰撞后A球的速度方向将变为水平向左。 从简谐振动的角度看，单摆的振幅与摆球经平衡位置的速度大小有关。由于两球碰撞后分开即经过平衡位置的速度大小不相等，因而具有不同的振幅；并且两球具有不同的质量。但是，简谐振动的周期与摆球的质量、振幅无关，只与当地的重力加速度及摆长有关，因此两摆球的振动周期应相等。可见不论碰撞后A球的速度方向如何，经半个周期后两球又都将重新到达平衡位置而发生第二次碰撞，并且之后的碰撞还将在平衡位置继续下去。故本题应选C、D。 三、创建等效模型，利用叠加场模型等量代换 例3：第7题（如图3，讨论感应场在a、b、c三点场强大小）。 分析与解：可对模型作等效变换。 其一，细杆MN上的电荷是按线状规律分布的，它的电场分布规律不是高中物理讨论的内容，这就要求考生用等效方法进行模型变换。实际上，由于细杆MN上的电荷是均匀分布的，如果其总的带电量为q，MN的中点为o，则可在o点放置电量为q的点电荷，用这个点电荷模型代替原来电荷按线状分布的模型，并不影响对题给场强大小的讨论。 其二，对施感电场、感应电场以及由这两个电场形成的叠加电场要有清晰的认识，即有相应的电场物理模型。实际上，只要a、b、c、o四点的位置不变及电量q不变，不论是否放置金属球即不论是否发生静电感应，点电荷q在a、b、c电场强度不发生变化。由于静电感应使金属球处于静电平衡状态时，金属球上的感应电荷所形成的电场E与点电荷q形成的电场E相互叠加，使得金属球内部各点的合场强等于零。换言之，在a、b、c三点，E和E都存在，只是两者的大小相等而方向相反，这样可用等量代换的方法，比较点电荷q在a、b、c三点电场强度大小得出结论。 由于q在a、b、c三点电场强度大小关系为E＜E＜E，故E＜E＜E，即选项（C）正确。 四、虚拟及移植物理模型，活化模型方法 例4：第21题（宇航员在星球表面平抛小球）。 分析与解：首先须虚拟物理模型：设该星球表面有一个质量为m的物体，若星球表面的引力加速度为g，则由万有引力定律可得 G＝mg 即为 GM＝Rg