2024年中考物理解题方法复习讲义----理想化模型法（有解析）

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理想化模型法
解题方法
1.方法介绍
理想化模型就是把复杂问题简单化，摒弃次要条件，抓住主要因素，对实际问题进行理想化处理和构建的物理模型。在建立理想化模型的基础上，有时为了更加形象地描述要研究的物理现象、物理问题，还需要引入一些虚拟的内容，以此直观地表述物理情形或经过一系列物理实验得出推论。举例如下。
(1)光线、磁感线都是虚拟假定出来的，但它们却直观、形象地描述物理情境与事实，对于解决问题来说更加方便。通过磁感线研究磁场的分布，通过光线研究光的传播路径和方向。
(2)牛顿第一定律是在大量实验的基础上推理出来的，在实验室是很难实现的。
(3)匀速直线运动，就是一种理想模型。在生活实际中严格意义上的匀速直线运动是无法找到的，但有很多的运动情形都近似于匀速直线运动，按匀速直线运动来处理，大大降低了问题的难度，得到的结果又具有极高的精度，在允许的误差范围内与实际相吻合。
(4)力的示意图或力的图示。
(5)连通器液片模型补充。
(6)杠杆也是一种理想模型，杠杆在实际使用时，由于受力的作用，会引起或大或小的形变，但可忽略不计，因此我们就把杠杆理想化，认为它无形变。
(7)斜拉索式大桥可认为是杠杆模型。
(8)滑轮组中不计绳子与滑轮间的摩擦力及绳重，也是理想化模型的体现。
(9)电路图是实物图的模型。
(10)柴油机、汽油机模型。
(11)原子核式结构模型。
理想化模型特点：初中物理中的理想化模型比较固定，基本为以上罗列的内容，容易识别。
理想化模型优点：能够更加形象、直观地解决复杂的物理问题。
2.实例分析
如图6-1 所示，为探究阻力对物体运动的影响，让小车自斜面顶端从静止开始滑下，观察小车从同一高度滑下后，在不同表面运动的距离。下列说法中错误的是 ( )。
让小车从同一高度滑下，目的是为了控制小车每次滑到平面时速度相同
B.在实验中，小车分别在毛巾、棉布、木板上滑行直到静止，这三次实验小车消耗的机械能相等
C.根据以上实验，可以推理得出：所有的物体，如果它的速度不发生变化，一定不受阻力的作用
D.小车在斜面上下滑过程中受到重力、支持力和摩擦力的作用
分析
(1)牛顿第一定律的内容：一切物体在没有受到力的作用时，总保持静止或匀速直线运动状态；(2)本题为探究牛顿第一定律 (阻力对物体运动影响)的实验，采用了实验加推理的方法。A.我们让小车从同一高度滚下，目的是让小车每次到达水平面时的速度都相同，便于比较，故该选项说法正确；B.在实验中，小车分别在毛巾、棉布、木板上滑行直到静止，这三次实验小车消耗的机械能都来自小车的重力势能，它们是相等的，故该选项说法正确；C.根据以上实验，可以推理得出：如果没有阻力的话小车将会滑行并一直进行下去，做匀速直线运动，故该选项说法不正确；D.小车在斜面上下滑过程中受到重力、支持力和摩擦力的作用，故该选项说法正确。故选 C。本题考查了牛顿第一定律的斜面小车实验，注意牛顿第一定律不是实验定律，它是在探究阻力对物体运动的实验基础上经过推理得出的，这一点经常以填空题的形式出现。
答案C
典例精讲
例题1
在汽车驾驶室内，驾驶员通过左右两侧后视镜观察车后方，总会有看不到的区域 (盲区)，人或其他车辆应尽量避免进入盲区。如图6-2所示，S为驾驶员眼睛位置，MN为左侧后视镜左右两边界点，请作出反射光线 NS的入射光线，并标出 BM 到车左侧 (虚线所示)之间的盲区。
思路提示
光线可以认为是理想化的模型，因为现实生活中是没有光线的。本题主要考查光的反射规律。
例题2
如图6-3所示，请根据电流方向，标出通电螺线管的N极和S极。
思路提示
磁感线也是理想化模型典型的体现，我们可以用右手螺旋定则直接判定。
例题3
根据图6-4所示的实物电路图，在右侧的虚线框内画出与它对应的电路图。
思路提示
电路图是实物图的理想模型，电路图能够非常直观地把复杂的电路连接关系体现出来，化难为易，处理问题更加方便。在实际画图的过程中，我们需要先画出其中的一条基本电路，然后再填补上其他电路。
例题4
图6-5是乳牛自动喂水器装置原理图，请你观察，该装置在设计中应用到的物理原理或规律有哪些 (写出三个知识点)。并简述该装置的工作原理。
思路提示
这是将生活实际简化为物理模型的一道题，可以将整个装置拆成若干个物理模型，观察每个模型各自用了什么物理原理。
例题5
如图6-6所示，一辆板车的车轮陷入了淤泥里，甲、乙两人来帮忙。甲帮助拉车把。乙推车轮的边缘。若两人用力一样大，且方向合理，则两人用力的实际效果更好一些的是 。请画出效果好的最小动力的示意图。
思路提示
本题可以用模型法，将板车理想化成一个杠杆，然后求杠杆中的最小的力。
例题
小阳想通过实验测出牛奶的密度ρ牛。他找来一根直硬棒，用细线系在硬棒的中点O 并把硬棒悬挂起来，硬棒在水平位置平衡。然后他将石块M挂在硬棒的右端点 E、密度为ρ的金属块 N挂在硬棒的左端点 C 时，硬棒在水平位置再次平衡，如图6-7所示。当把金属块N浸没在待测密度的牛奶中，把石块M 从E点移动到D 点时，硬棒第三次在水平位置平衡。如果用L 表示O、E两点间的距离， 用L 表示O、D两点间的距离， 则.
思路提示
本题中，将硬棒视为杠杆，两侧都受到物体的拉力的作用，可以根据杠杆的平衡条件求解。
例题7
图6-8 (a)是一副小型起重机吊起货物的图片，货物挂在动滑轮的下端，绳子的自由端通过放置在起重机上的卷扬机竖直向上拉动，最右端是为了防止吊起货物时起重机向左倾倒而挂的配重。起重机吊起重物时主要结构可简化成如图6-8 (b)所示。已知AB、CD、DE 水平且长度为1m，BC段的水平距离CF也为1m，前轮与地的接触点在B点的正下方，后轮与地的接触点在 D 点的正下方。起重机的自重 (含配重)为 重心在CD中点。起重机的钢丝绳重和滑轮与轴之间的摩擦不计，g 取 10N/kg。
(1)为使起重机吊起货物时不发生倾倒，求起重机最多能吊起货物的质量m；
(2)当起重机吊起质量 的物体以v=0.5m/s的速度匀速上升时，卷扬机的输出功率 求此时滑轮组的机械效率η；
(3)当起重机吊起质量 的物体仍以v=0.5m/s的速度匀速上升时，求卷扬机的输出功率 P 。
思路提示
本题将较为复杂的起重机简化为图6-8 (b)，然后我们还可以再将该图理想化为杠杆模型，利用杠杆平衡条件求解。
(1)以前轮圆心作为支点，将物重和配重分别看作动力和阻力， 已知两力臂AB、 的长，依据杠杆的平衡条件列式求解即可。
(2) 根据 计算有用功；根据 计算总功，由 计算机械效率。
(3) 根据. 和 先计算动滑轮重，再计算提起质量为物体m 时绳子自 由端拉力 最后根据 计算卷扬机的输出功率.
针对训练
建立模型是解决物理问题的一个重要方法，下列选项中不属于理想化物理模型的是( )。
A. 轻绳 B.蹦床运动 C.点电荷 D.匀变速直线运动
2.对于牛顿第一运动定律，下列说法正确的是 ( )。
A.直接证明牛顿第一运动定律的实验是做不出来的，因此该定律不能肯定是正确的
B.直接证明牛顿第一运动定律的实验虽然是不能做出来的，但是可以经过科学推理而得出，因此该定律是正确的
C.直接证明牛顿第一运动定律的实验是可以做出来的，因此该定律是肯定正确的
D.选用优质的实验器材，一定能用实验来直接证明该定律
3.下列关于光线的说法正确的是 ( )。
A.光源能射出无数条光线
B.光线就是很细的光束
C.光线是看不见的，人们用一条看得见的实线来表示光线，用到理想化模型法
D.光线是用来表示光传播方向的直线，常用虚线表示
4.下面的四个电路图中，与图6-9 中的实物电路对应的是( )。
5. 如图6-10所示的通电螺线管N极在 端(选填“左”或“右”)。
6.图6-11是甲、乙两车做匀速直线运动的s-t图像，已知甲、乙两车从同一地点、同时开始向同方向做匀速直线运动，甲车的速度大于乙车的速度，且开始运动后8s时，甲乙两车之间的距离大于5m，则下列符合条件的选项为 。
A. 甲的s-t图可能为图线b B. 甲的s-t图一定为图线a
C. 乙的s-t图可能为图线a D. 乙的s-t图一定为图线c
7.汽油机的一个工作循环由四个冲程组成，其中，在压缩冲程中，气体的温度升高，是通过 方式增加内能的。为了降低汽缸的温度，汽缸外有一个水箱，使汽缸被水包围着，这是通过热传递的方式减少汽缸的内能，用水来包围汽缸是因为水的 。
8.在装修房屋时，工人师傅常用一根灌有水 (水中无气泡)且足够长的透明塑料软管的两端靠在墙面的不同地方并做出标记。这样做的目的是保证两点在 ，用到的物理知识是 。
9.小猴和小白兔同时发现了一个实心胡萝卜，它们都想多分点。小猴提出分配方案：将胡萝卜放在三角形石块的尖端，调节胡萝卜位置，使胡萝卜静止时保持水平，然后沿支点处竖直切开，各拿一份，如图6-12 (a)所示。小白兔说： “我要长的那一头！”，小猴却暗自高兴。
请问：
(1)从质量角度来看，小猴有没有吃亏 答： 。
(2)从图6-12 (b)可看出，造成上述现象的原因是A 端重力的力臂 (选填“大于”、“小于”或“等于”)B端重力的力臂，根据杠杆平衡的条件可得出：A端的质量 (选填“大于”“小于”或“等于” ) B端的质量。
10. 在图6-13中, 画出入射光线AO 的反射光线。
11. 同学们按照图6-14 (a)、 (b)、 (c) 进行实验, 并建立如图6-14 (d)所示理想模型推断物体不受力时的运动情况。实验中，影响小车在水平面上运动距离远近的因素是 。推理可知，小车在图 (d)中的运动情况是 。
12.探究“阻力对物体运动的影响”的实验装置如图6-15 所示。
(1)实验时，每次必须使小车从斜面的同一高度滑下，这样做的目的是 。
(2)表6-1是一组同学记录的实验数据，分析表中内容可知：水平面越光滑，小车受到的阻力越 ，小车前进的距离就越 。
表6-1
接触面 毛巾 棉布 木板
阻力的大小 大 较大 较小
小车移动的距离s/cm 18.3 22.6 26.7
(3)小丽同学通过上面的探究学习，思考了一个问题：当自己荡秋千运动到右侧最高点时，如果自己受到的力全部消失，自己将会处于怎样的运动状态呢 她做出了以下猜想，你认为其中准确的是 。(图中的黑点表示小丽同学)
13.“建立理想化模型”是物理学中很重要的一种研究方法。建立理想模型可以帮助人们透过现象，忽略次要因素，显示复杂事物及过程的本质，帮助人们研究不易甚至无法直接观察的现象，从本质上认识和处理问题，例如，研究肉眼观察不到的原子结构时，建立原子核式结构模型。请你回顾初中物理的学习历程，除本例外，再举一个用到这种研究方法的例子。
14. 如图6-16所示，体重为500N 的工人利用此装置把自己和重为100N 的涂料箱拉到高处。已知动滑轮重力为50N，筐所受重力为130N。不计绳重及轮与轴之间的摩擦。求人的拉力为多少 人此时对筐的压力为多少
15.如图6-17所示，某型号起重机从水中吊起一重7.9t的钢锭，力臂 分别为2m、6m。(g取 求:
(1)钢锭浸没在水中的时候受到的浮力是多大
(2)起重机将钢锭吊离水面后，起重机的作用力 F 是多大
(3)吊离水面后钢锭又匀速上升了3m，这个过程中起重机做的功为 这时，起重机的机械效率是多少
典例精讲
例题1
【答案】如图16 所示
【解析】根据光的反射定律 (反射光线、入射光线、法线在同一平面内，反射光线和入射光线分居法线的两侧，反射角等于入射角)画出入射光线AN；AN、反射光线MS和车左侧之间的区域驾驶员看不到，据此确定 BM 到车左侧之间的盲区。先过 N点画出法线，再根据反射角等于入射角画出入射光线AN，则AN到车左侧的区域就是 BM 到车左侧 (虚线所示)之间的盲区。
例题2
【答案】如图17所示
【解析】根据右手螺旋定则可以判断左端为N极，右端为S极。
例题3
【答案】如图18所示
【解析】可以先画出电流从电源正极出发，经过开关S、电流表 A 和电流表A 、灯L ，回到负极的电路，然后再并联灯 L 的电路。
例题4
【答案】(1)连通器、阿基米德原理、杠杆平衡原理(2)从图中可知，当乳牛饮水使喂水槽中的水面下降时，由于连通器原理水箱中的水面要与喂水槽中的水面相平，所以水箱中的水面也随之下降，浮筒也下降，与浮筒相连的实际上是一个杠杆，根据杠杆原理，杠杆另一端将进水管的阀门向上打开，进水管开始放水，浮筒由于受到浮力的作用，随水面一起上升，直到将进水阀门关闭。
【解析】由图可知，水箱和喂水槽上端开口，底部相连，构成了一个连通器；A容器内的进水装置受到浮球的控制，浮球的升降利用了阿基米德原理。
例题5
【答案】乙； 示意图见图19
【解析】根据杠杆的平衡条件可知，动力臂为车轮的直径时最省力，因此乙的方案较好，然后过O 点作垂直于车轮直径的力，如图19所示。
例题6
【答案】
【解析】由题意可知，本题要求牛奶的密度，我们可以按照题意列出两个杠杆平衡方程，求解即可，具体方程如下。
由①/②可以得到 又因为 GN 为 ρgV, 所以 即为本题的答案。
例题7
【答案】解：(1)起重机相当于一个杠杆，根据杠杆的平衡条件得 即 解得
(2)设提起重物的时间为t，此时滑轮组的机械效率：
×100%≈90.9%。
(3)提起质量为m 的物体时，由图可知通过动滑轮绳子的段数n=4，
钢绳自由端速度为4v，
起重机的钢丝绳重和滑轮与轴之间的摩擦不计，提起质量为m 的物体时，
当提起质量为 m 的物体时钢绳自由端拉力 此时卷扬机的输出功率 =1600W。
答：(1)最多吊起货物的质量为
(2) 滑轮组的机械效率为90.9%;
(3) 卷扬机的输出功率为 1600W。
针对训练
1. 【答案】B
【解析】明确理想化模型的概念即可正确解答，注意理想化模型是指从客观存在的事物或过程中抽象出来的一种简单、近似、直观的模型。建立理想化模型的一般原则是首先突出问题的主要因素，忽略问题的次要因素，为了使物理问题简单化，也为了便于研究分析，我们往往把研究的对象、问题简化，忽略次要的因素，抓住主要的因素，建立理想化模型，如轻绳、轻弹簧、点电荷、匀变速直线等都是理想化模型，而蹦床运动为实际运动，不是理想化模型。
2. 【答案】B
【解析】牛顿第一定律是理想化模型中比较典型的例子，因为牛顿第一定律的内容是一切物体在没有受到力的作用时，总保持静止或匀速直线运动状态。而物体不受力这种情况在现实生活中是不存在的，所以这个定律是个理想状态的情况，是假想的定律，是在大量的实验基础上总结推理出来的。所以这道题的正确答案应该是 B选项。
3. 【答案】C
【解析】因为光的传播方向是确实存在，为了分析探究，于是用一条有方向的直线表示，即光线，所以光线是看不见的，人们用一条看得见的实线来表示光线，用到理想化模型法。故C 正确，D 错误。
光源是能发光的物体，所以能发光，但不是射出光线，故 A 错误，光线只是表示光传播方向的一条直线，并不是很细的光束，故B错误。
4. 【答案】C
【解析】电路图是实物图的理想模型，电路图能够非常形象直观地把复杂的电路连接关系体现出来，化难
为易，处理问题更加方便。
5.【答案】右
【解析】根据右手定则，可以判断出 N极在右端。
6. 【答案】B
【解析】匀速直线运动可以看成是理想化模型的体现，因为在现实生活中匀速直线运动是很难达到的，根据题中的描述，甲的速度大于乙的速度，而且在8s后甲乙两车之间的距离大于5m，所以甲的图像一定是a，而乙的图像可以是b，也可以是c。
7.【答案】做功；比热容大
【解析】汽油机工作时有四个冲程，它的模型可看成理想化模型，实际工作中要复杂得多，四个冲程分别是吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程，其中压缩冲程是将机械能转化为内能，做功冲程是将内能转化为机械能，与压缩冲程正好相反。
8. 【答案】 同一水平线上 (同一高度)；连通器原理，软管的两端相当于两个容器，它们的底部是相连的，构成了连通器，水管中只有一种液体——水，当水不流动时，两端的水面保持相平。
【解析】此题用到的连通器的原理：连通器中装有一种液体且静止不流动时，液面是相平的。
9. 【答案】(1) 没有 (2) 小于; 大于
【解析】以O为支点，左端的重心在A处，右端的重心在 B 处，根据杠杆的平衡条件：
,因为OAGB,根据G=mg可知，A 端的质量大些。
10. 【答案】如图 20所示
【解析】光在现实生活中是存在的，但光线是没有的，为了形象地描述光的传播路径及特点，我们引入光线，能够更加直观形象地处理问题。本题可以运用光的反射定律求解。
11.【答案】(1)小车在水平面上运动的初始速度及受到的摩擦阻力 (2)匀速直线运动
【解析】(1)由图可知，用同一小车从同一斜面的同一高度由静止滑下是为了使小车到达水平面时小车的初速度相同；
玻璃板表面最光滑，小车在上面运动的距离最远，说明水平面越光滑，小车受到的阻力越小，小车运动的距离越远。
(2)由上述实验可推理得如果运动的物体在没有受到力的作用时，将做匀速直线运动。
12.【答案】(1)让小车到达水平面时具有相同的初速度
(2) 小; 远
(3) A
【解析】根据能量守恒可知，物体在同样的高度下滑，到达水平面时的速度是一样的，而跟物体的质量大小无关，所以实验时每次让小车从同一高度下滑的目的就是让小车到达水平面时具有相同的初速度；而小车在水平面上所受到的阻力越小，小车运动的距离就越远；由牛顿第一定律可知：一切物体在没有受到力的作用时，总保持静止或匀速直线运动状态，当小丽同学运动到最高点时是处于静止状态的，所以在她不受外力的情况下仍然会保持静止状态。
13. 【答案】光线
【解析】物理模型也称实体模型，又可分为实物模型和类比模型。
①实物模型：根据相似性理论制造的按原系统比例缩小 (也可以是放大或与原系统尺寸一样)的实物。
②类比模型：在不同的物理学领域 (力学、电学、热学、流体力学等)的系统中各自的变量有时服从相同的规律，根据这个共同规律可以制出物理意义完全不同的比拟和类推的模型。
光是真实存在的，而光线并不是真实存在的，而是为了形象、直观地表示光的传播路线和方向，假设虚构的一种理想化的物理模型。
解决此类问题的方法是会利用物理学方法解决实际问题，用磁感线来研究磁场也是此种方法。
14. 【答案】 l -260N=240N。
【解析】滑轮与绳子间的摩擦可以忽略不计，这是理想化模型的体现，现实生活中是不可能没有摩擦的，所以我们把滑轮与绳子间的摩擦想象成理想的情况，在计算时就比较方便。
15. 【答案】解: (1) 由 得钢锭的体积
全部浸在水中排开水的体积 受到的浮力
(2)起重机将钢锭吊离水面后，
由杠杆平衡条件 得:
(3)起重机做的有用功：
起重机的机械效率：
答： (1)钢锭浸没在水中的时候受到的浮力是
(2)起重机的作用力 F 是
(3)起重机的机械效率是60%。