重构物理抽象想象，让你的物理题目“动”起来

今天这篇文章从学习方法上来讲一下如何学好高中物理。

我是高中物理学科竞赛一等奖，保送中科大物理系。

我自己学习高中物理的过程其实一开始的起步不太顺，虽然初中中考物理满分。

但是一上高中，发现：

速度是矢量？矢量是什么东西？？？

为什么负号表示方向？？怎么这么多公式？？？该怎么背？考试怎么考？？？

自己仿佛变成了十万个为什么，果不其然开学第一次月考就毒打了我一顿：大题基本上没得分，套公式都TM不对，第一次物理不及格如约而至。

后来，痛定思痛，买了很多教辅书，刷题，刷题，刷题，刷了半天总归感觉不到学习的真正窍门所在，事倍功半的感觉。慢慢的，总听到我们老师强调一个词：物理情境。后来逐步找到一种学习方法，成绩也逐步提升，最终参加竞赛，获得物理全省第14名，提前保送大学。

讲述这种学习方法前，首先讲一下物理这门学科的定义。

“物理”=“物”+“理”

“物”指的是世间万物，包括汽车、飞机、卫星、小人等等。

“理”指的是道理、规律、理论等等。

很多年前，人们生活在这个世界，看到水往低处流，秋天树叶从树上落下，飞鸟的鸟粪会掉到地上，树上的苹果会掉下，这所有的现象是为什么呢？有一个物理学家发现，所有的现象都满足一个规律，就是物体会受到地球万有引力（也就是重力）向下运动。所以提出了万有引力定律的表达式，用来描述这一切的运动规律。

同样的，物理学家相继提出了运动学规律、功能关系、电磁场运动规律等一系列物理公式，用来描述我们生活的世界中发生的各类物理现象。构建了一个庞大、完备的物理世界，记录在书籍、课本上，一代一代传承。

因此我们可以发现：

物理这门学科是抽象的，用来描述我们生活的形象的世界；

物理题目是抽象的，描述的是一个形象的物理情境。

你可能听很多老师提到过一个词：物理思维。可能他也说不清楚什么是物理思维，其实物理思维就是：在脑海中，将抽象的物理题目想象成形象的物理情境。

想清楚小球是如何运动的，物块是如何滑动的，带电粒子是如何加速的等等。

接下来我将给你讲述一种重构的你的物理想象的学习方法。

一、动态模型学习法

动态模型的核心在于复现题目所呈现的物理情境，训练物理思维。

我这里举几个常见的例题：

例1：如图所示，质量为M的平板车，放在粗糙的地面上，质量为m的小物块的大小不计，位于平板车的左端，且M=m=0.5kg，系统原来静止在水平地面上。一不可伸长的轻质细绳长为R=0.4m，一端悬于正上方高为处，另一端系一质量也为m的小球（大小不计）。今将小球拉至悬线与竖直位置成60°角，由静止释放，小球到达最低点时与的碰撞，碰后两者交换速度。已知平板车长L=0.24m，Q与P之间的动摩擦因数为μ1=0.5，P与地面、Q与地面之间的动摩擦因数均为μ2=0.1

，重力加速度为g=10m/s2 ．求：

（1）小球到达最低点对绳子的拉力；

（2）物块Q能否从平板车P上滑离，请说明原因；

（3）平板车P运动过程中，地面对做的功。

我来看一下教辅材料上的答案：

其实这个题目，大部分的同学解第一问，很容易。

就是第二问的时候出现问题:

物块Q在平板车P上运动，他们两个之间的运动时什么样子的？

为什么Q会从P上滑落呢？如果不滑落是什么情况呢？

出现这样的问题就在于没有想清楚P、Q两个物体的真实的物理情境。

那么我们用动态模型来分析一下这个题目的物理情境：

第一问：小球从初始位置出发，做竖直平面内圆周运动，到达最低点：

重力作用到达最低点

运动过程中，绳子拉力不做功，只有重力做功，根据动能定理方程计算：

第二问：小球与Q发生碰撞，速度互换，Q会获得速度：

之后P、Q开始运动：

Q做减速运动，

P做加速运动，

一个加速，一个减速，最终一定会达到两个物体共速。

可以计算得到，两者共速时：

时间：t=0.25s

Q明显运动的位移大于P的位移，所以相对位移：

相对位移示意图

相对位移大于题目中给出木板长度等于0.24米，所以Q从P上飞出。

第三问：平板车运动过程中，地面对摩擦力做功，

再看一个例题：

例2：2018年2月15日，百度Apollo无人车亮相央视春晚，在港珠澳大桥开跑。

（1）无人车车头装有一个激光雷达，就像车辆的“鼻子”，随时“嗅”着前方一定范围内车辆和行人的“气息”若无人车刹车时的加速度大小为 2.5m/s2 ，现发现前方80m处有一静止障碍物，无人车立即刹车，为不撞上障碍物，无人车在该路段匀速行驶时的最大速度是多少；

（2）某时刻无人车正在以速度v1=11m/s在平直公路上前进，“嗅”到前方有一辆自行车以 v2=5m/s的速度做同方向的匀速直线运动。当两车距离 S0 时无人车开始刹车做匀减速直线运动，后无人车恰好不会碰上自行车，则无人车匀减速的加速度大小为多少？距离 S0 为多少？

这个题目没有图，单纯的文字描述题目，我们在做题之前，首先要做的就是在脑海中复现出这道题目讲述的物理情境：

第一问：无人车发现前方有静止障碍物，无人车开始刹车到停下：

无人车开始减速，到末速度等于0停下：

代入数据计算解得：

第二问：无人车发现前方有自行车，无人车开始刹车减速到和自行车共速时恰好不撞车：

无人车发现自行车后开始减速，自行车始终保持匀速运动，

根据临界条件的位移关系：

无人车减速加速度：

无人车位移 :

自行车位移 :

相对位移：

代入数据计算，解得：

第三个例题：

例3：如图所示，以两虚线P、Q为边界，中间存在平行纸面且与边界垂直的电场，电场强度为E，方向水平向右，两侧为相同的磁感应强度为B的匀强磁场，方向垂直纸面向里。一质量为m，带电量为-q，重力不计的带电粒子以水平向右的初速度 v0 从电场边界之间的O点出发：

（1）若粒子能到达边界Q，求点O到边界Q的最大距离 l1 ；

（2）若使粒子到达边界Q并进入磁场的偏转半径为R，求点到边界的距离 l2 ；

（3）在题（2）的前提下，能使粒子从O点出发到再次回到O点的过程中，在磁场运动的时间最短，求电场宽度d和全过程的运动时间t。

这个例题是更加抽象的带电粒子运动，我们在日常生活中很难见到这样的场景，因此思考物理情境的时候更加抽象，同时这个例题中带电粒子在磁场中偏转，应用到左手定则判断洛伦兹力的方向，更加考验同学们的空间想象能力。

这道题目，我们复现物理情境：

第一问，带电粒子在电场中做减速运动，到达磁场边界Q，能到达的临界情况就是到达时刚好速度减为0。

临界条件：到达磁场边界时速度正好减为0

（1）根据动能定理：

解得：

第二问，带电粒子在电场中做减速运动，到达磁场边界Q，之后开始在磁场中偏转。需要取出左手，左手定则判断洛伦兹力方向。

（2）根据动能定理：

洛伦兹力提供向心力：

解得：

第三问，在题（2）的前提下，能使粒子从点O出发到再次回到点O，在磁场运动的时间最短。

这一问，我们考虑一下什么情况下能回到O点：

从上面的动态模型，我们可以发现，要想一次最快回到O点，必须满足左边磁场偏转半径是右边磁场偏转半径的2倍，解得此时的d的大小。

（3）右边磁场洛伦兹力提供向心力：

左边磁场洛伦兹力提供向心力：

根据动能定理：

解得：

运动过程中包含两边磁场中共计三个半圆周运动，以及从O到Q，从Q到P，从P到Q，从Q到O四个电场中运动的时间，

所以，磁场中圆周运动时间：

电场中直线运动：

总时间：

此时，很多同学会说：

我怎么没想到这种运动轨迹呢？

其他的运动轨迹可以吗？

d变大一些或者变小一些可以吗？

接下来，我们看一下d变小一些和变大一些的运动情况。

d变小之后，左边磁场中的速度变小，所以半径变小，根据运动轨迹，第一次回到磁场边界Q时，速度不指向O点。

d变大之后，左边磁场中的速度变大，所以半径变大，根据运动轨迹，第一次回到磁场边界Q时，速度也不指向O点。

所以上面的解题过程中的轨迹才是这道题目中唯一的解。

二、积木式拆解高考真题模型

讲完动态模型复现物理情境的方法，接下来我们讲一下高考题目的出题逻辑，每年全国一共十几套高考真题，加上很多很多的模拟题，反过来看，高中物理知识点是有限的，力学、电磁学等等，那么这些高考题是怎么出来的呢？

排除掉考察基本知识点的选择题、实验题，后面的计算题的出题方法就是组合再生成。将各类基本的物理模型组合叠加生成新的复杂模型。

我们回到第一个例题的模型：

这是一个相对简单的模型，我们拆解一下这个题目，就会发现：

整个题目拆解成三个基础模型：竖直平面圆周运动模型、叠加物块模型和碰撞模型。

再看一个题目的原图：

这是一个非常复杂的模型，物块从A一直运动到H，整个过程复杂，是非常考察综合素质的综合计算题。

我们拆解一下这个题目，就会发现：

复杂的题目模型，拆解成四个基础模型：水平传送带模型、平抛模型、竖直平面圆周运动模型、倾斜传送带模型。

有人说，学物理就是要多刷题，刷题，刷题，但其实，刷题应该是有目的性、高效理解性的刷题，搞清楚每道题目的物理情境，搞清楚每个题目模型的基础模型，搞清楚每个模型公式所描述的物理运动，那么我们的学习必将举一反三，我们的分数也会显著的提升。

三、高中物理基础模型整理

先来一个主要知识点目录，后面会逐步更新。

目录：

高中物理力学体系

运动学相遇追击模型

受力分析动态平衡模型

牛顿运动定律-叠加物块模型

牛顿运动定律-传送带模型

牛顿运动定律-定滑轮模型

曲线运动-平抛运动模型

曲线运动-圆周运动模型

天体运动模型

功能关系模型

静电场-带电粒子运动模型

静电场-场力功能势电容器模型

恒定电流

静磁场-带电粒子运动模型

复合场-带电粒子运动模型

电磁感应-导体棒切割模型

动量守恒模型

力学实验&电学实验

持续更新每一个题目的动态模型讲解视频：

持续讲解各类基础物理模型：

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