建立正确的物理模型

湖北省荆沙市江陵区滩桥中学 李逢军

在解答物理问题时，首先必须建立正确的物理模型，所谓物理模型是指忽略次要因素，使实际现象或者过程符合某一特定物理规律的理想化图景。然后运用相应的物理规律正确的解答物理问题。不少同学由于不能正确地建

立物理模型，而错用物理规律，给解题带来不利的影响。下面试举例加以说明。

例 1 如图一金属棒 a 从高 h 处静止沿光滑弧形平行轨道滑下，进入光滑轨道的水平部分后，在自上而下的匀强磁场中运动。在轨道的水平部分放置

着另一根原来静止的金属棒 b，己知mb

= 1 m

2 a

= m ，若棒 a 始终未与棒 b

相撞，求两棒最终速度和整个过程中消耗的电能。

分析与解：本题的物理模型是：a 从高 h 处滑至水平轨道的过程中，只有重力做功，机械能守恒，a 在水平轨道上滑动切割磁力线，回路中有感生电流，a 受向左的安培力被减速，b 受向右的安培力被加速，最终当两棒速度相等时，感生电流消失，磁场为消失。两棒以相等的速度向右做匀速直线运动。在水平轨道上运动时，两棒所受的安培力是两棒组成的系统的内力，两棒虽无碰撞，但却是完全非弹性碰撞的物理模型。根据

m hg = 1 m v ² (1) ， m v = ( m

• m )v' 得其共同速度即两棒的最终

a 2 a

a a b

速度v' =

整个过程是能量守恒的物理模型，即机械能的损失等于感生电流所做的

功，亦为消耗的电能，于是有W = ∆E = m gh − 1 (m + m ) v'² = 2 m gh.

a a 2 a b 3 a

物理模型的建立必须是在正确分析具体的物理过程的基础之上而得到 的，若过程分析不清，盲目下结沦，就会建立错误的物理模型，而导致解题错误。

例题 2 若将例题 1 中的水平轨道改为两部分足够长，宽度为比为 2∶1， 且 a 始终在较宽的轨道运动，b 始终在较窄的轨道上运动，求两棒的最终速度。

上题中分析两棒运动时，我们得到的物理模型是当两棒速度相等时，感生电流消失，磁场力消失，两棒以相等的速度向右匀速直线运动，且两棒组成的系统所受合外力为零，满足动量守恒，这一问题就不能简单地照搬例题 1 分析中的模型。而应从这一类问题的关键点入手而建立正确的物理模型。分析与解：本题的物理模型是两棒的最终状态感生电流消失。磁场力消

失，即磁通量保持不变，但由于两轨道的宽度不同，所受安培力的合力不为零，不能满足动量守恒。根据两棒最终磁场力消失而应以不同的速度匀速直线运动有两棒在相等的时间内扫过的面积相等。解得两棒的最终速度