巧建物理模型突破思维困境——2014年高考物理压轴题赏析

田 峰

(榆林市绥德中学　陕西 榆林　718000)



巧建物理模型突破思维困境
——2014年高考物理压轴题赏析

田 峰

(榆林市绥德中学陕西 榆林718000)

摘 要：高中物理新课标注重对学生能力的培养，2014年高考压轴题(新课标全国卷Ⅰ)就是对学生能力的考查，构建物理模型是解决物理问题的关键．建立这种理想模型的目的是为了暂时忽略与当前考查不相关的初速度方向因素，借以化繁为简，以利于问题的分析、讨论，从而较方便地找出当前所研究的最基本的规律，这是一种重要的科学方法，也是物理学中常用的科学方法．

关键字：高中物理构建理想模型

高考物理试题着重考查考生的知识、能力和科学素养．注重理论联系实际，注意物理与科学技术、社会和经济发展的联系，注意物理知识在生产、生活中等方面的广泛应用，以有利于高等学校的选拔．高考物理在考查知识的同时注重考生能力的考查，并把能力考查放在首位，构建正确的物理模型无疑是解决问题的关键，也是考生能力的重要体现．2014年高考物理(新课标全国卷Ⅰ)第25题解答题，题型设计与往年相比有了新在变化，考查考生分析综合能力和应用数学知识处理物理问题的能力，是重力场与匀强电场的复合．大多数学生无法建立正确的物理模型，陷入思维困境．建立理想物理模型，可以把抽象思维具体化，突破思维困境．

(1)无电场时，小球到达A 点时的动能与初动能的比值；

(2)电场强度的大小和方向．

图1

解析：本题第(1)小题是具体的平抛运动，可以利用平抛运动的基本关系式或推论方便解题，比较简单．第(2)小题加电场后带电小球不再是平抛运动，对于该题的思路，考生首先想到的是描绘运动轨迹，却又难以如愿，所以大多数学生无法突破思维困境．事实上小球的运动轨迹是不能具体化的，只能从状态的变化入手，原标准答案的解法这里不再重复．笔者尝试构建了一个理想化物理模型，利用等效法，让运动小球有一个具体简单的运动路线，实现了由物理问题向数学模型的成功转化，很适合学生的思维习惯，从而突破思维困境．

本题中小球带电后受到电场力F和重力G的作用，由于保守力做功与路径无关，所以假设小球以一定初动能分别沿直线OA从O运动到A，沿直线OB运动到B，然后通过计算两个过程中电场力做功，确定电场方向．

图2

由动能定理可得

ΔEk1=2F1h+mgh

即

2Ek0=2F1h+mgh

将

代入可得

图3

由动能定理可得

ΔEk2=3F2h+3mgh

即

5Ek0=3F2h+3mgh

将

代入可得

由此可知，无论沿OA还是OB移动带电小球，相等距离电场力做功一样多，所以电场力F在∠AOB的平分线OD上，如图3所示，OA=OC，AC为等势线．

不难看出，带电小球沿OA和OB方向电场力的大小是相同的，那么电场的方向一定在∠AOB的对角线上，如图4所示.

图4

所以就有

理想化方法是一种科学抽象，是研究物理学的重要方法，它根据所研究问题的需要和具体情况，确定研究对象的主要因素和次要因素，保留主要因素，忽略次要因素，排除无关干扰，从而简明扼要地揭示事物的本质．本题忽略初速度方向因素，建立一个沿直线运动的理想化模型．建立这种理想模型的目的是为了暂时忽略与当前考察不相关的初速度方向因素，借以化繁为简，以利于问题的分析、讨论，从而较方便地找出当前所研究的最基本的规律，这是一种重要的科学方法，也是物理学中常用的科学方法．

可以看出，2014年高考题命题延续了近年来题型多变的原则，试题注重考查学生对物理本质的理解、物理知识的应用能力．这就要求教师在物理教学中加强基础知识的应用教学，重视学生对物理知识的灵活处理，对物理模型的建立、物理规律的处理具有灵活性和多样性，尤其要真正发展学生的学科思维能力．善于根据物理问题、物理条件建立理想化模型、理想化过程、理想化状态、理想化结构等，将一些看似复杂的问题情境简化为简单模型，突破思维困境，可以达到灵活地解决物理问题的目的．

收稿日期：(2015-01-16)