“实体模型”在物理解题中的应用，本文主要内容关键词为：实体论文,模型论文,物理论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
物理模型是一种理想化的物理形态，是物理知识的一种直观表现。科学家在进行理论研究时通常都要从创造“模型”入手，利用抽象、理想化、简化、类比等手段，把研究对象的物理本质特征抽象出来，构成一个概念或实物的体系，即形成物理模型。在物理解题中，我们可以把“研究对象”进行理想化处理建立起来的模型，称为“实体模型”。下面从几个不同的角度来应用“实体模型”解决实际问题。
一、为研究问题，正确建立实体模型
例1 下雨时，雨点竖直落到地面，速度为10m/s。若在地面上放一横截面积为
，高10m的圆柱形量筒，则经30min，筒内接的雨水水面高度为1 cm。现因风的影响，雨水下落时偏斜30°，若用同样的量筒接的雨水量与无风时相同，则所需时间为多少。
解析 题中已提到“雨点”一词，说明雨滴之间无相互作用，可以构建“雨滴点阵”模型。根据运动的独立性，因为风是水平方向，不会影响雨滴竖直方向的运动，则雨滴下落的快慢与风速无关，那么点阵在水平方向只可能是平移，不会改变其点阵的密度，如图1所示，故所需时间仍为30min。
图1
若将雨点构成柱状流体模型，可能会错误地认为水柱体的流速增大，从而得到时间减少的错误结论，可见，正确建立实体模型是非常重要的。
图2
例2 如图2所示，两块同样的玻璃直角三棱镜ABC，两者的AC面是平行放置的，在它们之间是均匀的未知透明介质。一单色细光束O垂直于AB面入射，在图示的出射光线中，以下说法正确的是
A.1、2、3（彼此平行）中的任一条都有可能
B.4、5、6（彼此平行）中的任一条都有可能
C.7、8、9（彼此平行）中的任一条都有可能
D.只能是4、6中的某一条
解析 分析此题时，若把两直角三棱镜ABC间的均匀未知透明介质看成平透板（两光学面平行的透明板）模型，根据其光学性质，通过平透板后的光线与通过平透板前的光线相比，方向不变，只发生侧移。很快可判断出B选项是正确的。
二、为简化问题，合理转化实体模型
例3 大气中存在可自由运动的带电粒子，其密度随距地面高度的增加而增大，可以把离地面50km以下的大气看做是具有一定程度漏电的均匀绝缘体（即电阻率较大的物质）；离地面50km以上的大气则看做是带电粒子密度非常大的良导体。地球本身带负电，其周围空间存在电场，离地面L=50km处与地面之间的电势差约为
。由于电场的作用，地球处于放电状态，但大气中频繁发生雷暴又对地球充电，从而保证了地球周围电场恒定不变。统计表明，雷暴每秒带给地球的平均电荷量为q=1800C。试估算大气电阻率p和地球漏电功率P。（已知地球半径r=6400km，结果保留一位有效数字）
解析 合理地转化电阻模型，因为L＜＜S，将左图的实际问题转化为右图的长方体模型（如图3所示），从而使问题得以简化。
例4 如图4所示，物体A、B是两只相同的齿轮，A被固定不动，若B齿轮绕A齿转运动半周，到达图中的C位置，试判断B齿轮上所标出的竖直向上的箭头所指方向。
图4
解析 该题中B轮在A轮上滚动，物理情景比较复杂，可以将问题转化为天体的“公转自转”模型，从而轻松解题。
由图可知，B齿轮绕A齿轮公转时还要自转，每公转90°，就自转180°。从B转到C位置，要公转180°，所以要自转360°。
三、为解决问题，巧妙虚拟实体模型
例5 横截面积是3
的圆筒，内装有0.6kg的水，太阳光垂直照射2min，水温升高1℃，设大气顶层太阳光只有45%到达地面，试估算太阳的全部辐射功率。
解析 我们可以虚拟一个以太阳为中心，且以太阳到地球的距离为半径的一个球面，题目中的圆筒截面积可以看成是球面上的极小部分。通过这样一个虚拟实体模型，从而使问题得到很好的解决。
例6 如图5所示，接地无限大平面导体板附近有一点电荷q，怎样求空间中的电场分布？
图5
解析 空间电场是由q及板上的感应电荷共同激发的，但感应电荷激发的电场难以确定，可设想感应电荷对空间电场的贡献能用一个假想的电荷来代替。如果在导体板下方与q对称的地方放置一个电荷量为-q的点电荷，就能满足导体是等势体且电势为零的要求。于是问题转化为求两个点电荷在空间的电场分布。
综上所述，建立“实体模型”具有十分重要的作用。利用模型，可以使复杂问题的处理大为简化而又不会发生大的偏差。构建实体模型还有助于培养人的创造性思维能力，提出新的研究方向，形成科学预见，并能带来理论上的重大突破，促进物理学不断地向前发展。