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高中物理解題中建立物理模型的應(yīng)用探析

◇山東高可教

采用建立物理模型的方法來解決實(shí)際問題,可以在最大限度上簡化物理學(xué)科中的已知條件和未知條件的關(guān)系,理清解題思路,通過構(gòu)建清晰和準(zhǔn)確的物理運(yùn)動(dòng)軌跡,從而得出物理學(xué)的普遍解題規(guī)律．高中物理解題中建立物理模型的方法,可有效抓住物理現(xiàn)象的主要特征,舍去次要因素,形成一個(gè)理想化的“模型”,使復(fù)雜的問題簡單化,從而提高解題效率．

1物理模型及其在物理教學(xué)中的積極作用

物理模型就是物理學(xué)中通過比較簡單的方法來表述或者闡釋對實(shí)際問題抽象的科學(xué)思維,用一種接近原物本質(zhì)特性的比較理想化的抽象化的東西或者假想結(jié)構(gòu)去對實(shí)際的事物進(jìn)行描述．物理模型建立與應(yīng)用的過程,其實(shí)是一個(gè)非常有創(chuàng)造力的過程,同時(shí)也是將物理科學(xué)理論知識(shí)形象化、具體化的過程,所以在高中物理教學(xué)實(shí)踐以及學(xué)生解題實(shí)踐中導(dǎo)入物理模型,可以幫助學(xué)生更好地把握物理科學(xué)的客觀規(guī)律,促進(jìn)學(xué)生抽象思維能力和創(chuàng)新思維能力的培養(yǎng),減少學(xué)生在物理學(xué)習(xí)和物理解題中的心理障礙．因此,物理模型在高中物理教學(xué)中有著十分積極的作用,是一條不可多得的教學(xué)途徑,應(yīng)當(dāng)引起物理教師和學(xué)生的足夠重視．

2物理模型在高中物理解題中的應(yīng)用策略

在高中物理中常見的物理模型有多種形式,但是具體應(yīng)用通?？梢詣澐譃槎x分析、模型建立和解題應(yīng)用3個(gè)環(huán)節(jié)．接下來通過一道例題進(jìn)行分析．

例跳繩是一種有氧型的健身運(yùn)動(dòng),設(shè)一位高中女生小麗的體質(zhì)量為50kg,她每一分鐘跳繩的次數(shù)為180次．假如我們設(shè)定高中生小麗在每一次跳繩的過程中,雙腳與地面的接觸時(shí)間占到跳躍一次所必須時(shí)間的2/5．那么,請求出小麗在進(jìn)行跳繩運(yùn)動(dòng)的時(shí)候,身體克服重力作用,做功的平均功率的多少?(g取10m·s-2)

2.1定義分析

有些物理模型的建立,需要從模型本身的特點(diǎn)給予定義,然后根據(jù)已經(jīng)推導(dǎo)出來的物理公式進(jìn)行計(jì)算,在應(yīng)用中進(jìn)一步加以體會(huì),從而深刻掌握模型的內(nèi)涵．從例題中給出的已知條件,我們可以得知,高中生小麗每次運(yùn)動(dòng)的物理活動(dòng)是重復(fù)進(jìn)行的,她的每一次跳躍時(shí)間和落地時(shí)間是解題中的難點(diǎn)．當(dāng)小麗雙腳與地面接觸的時(shí)候,她的身體受到地面的支撐,重心可認(rèn)為無變化，排除了身體克服重力做功的情況．

2.2模型建立

為了體現(xiàn)解題分析的準(zhǔn)確性,我們可以根據(jù)例題中的關(guān)鍵性數(shù)據(jù),建立一個(gè)高中生小麗在健身過程中,克服50kg產(chǎn)生的自身重力持續(xù)做功的大致模型．從而將抽象的條件轉(zhuǎn)化成脈絡(luò)清晰的解題思路．通過想象出物體運(yùn)動(dòng)的大致景象,為求出做功平均功率提供必要的物理模型支持．因?yàn)楦咧信←愒诿恳淮翁K的過程中,身體為了克服重力而躍起的3/5時(shí)間內(nèi)的做功大小,剛好等于她在運(yùn)動(dòng)的過程中重力勢能的增量．所以,要想求出小麗每次跳躍起來的平均做功功率,必須要求出她在每次騰空的過程中,身體所能夠達(dá)到的最大高度h,以及小麗在每次跳繩的過程中,身體躍起所經(jīng)歷的時(shí)間t．因此,我們可以根據(jù)高中女生小麗在空中運(yùn)動(dòng)的大致軌跡,建立一個(gè)豎直上拋類型的物體做功的模型．

2.3解題應(yīng)用

根據(jù)題目中的已知條件和建立起來的物理模型,解題脈絡(luò)也就會(huì)變得非常清晰明了．

高中女生小麗在跳繩時(shí)身體克服自身重力做功的平均功率為

由此可以看出,在高中物理的教學(xué)實(shí)踐中,教師要積極引導(dǎo)學(xué)生養(yǎng)成在解題過程中使用“解題”+“建立模型”的良好習(xí)慣．高中物理課程學(xué)習(xí),不僅要學(xué)習(xí)基礎(chǔ)物理理論知識(shí),還要通過鮮活的物理實(shí)驗(yàn)教會(huì)我們?nèi)绾谓鉀Q生活中實(shí)際問題的技能,讓自己體驗(yàn)到探究物理科學(xué)過程的樂趣．通過熟悉科學(xué)構(gòu)建物理模型方法的機(jī)會(huì),抓住問題的本質(zhì)．學(xué)生在上物理課的時(shí)候,不僅要主動(dòng)培養(yǎng)自己的主觀能動(dòng)性和獨(dú)立思考的能力,還應(yīng)該用發(fā)散性思維培養(yǎng)出“解題”+“建立模型”的良好習(xí)慣．因此,高中生要多給自己提出鮮活的實(shí)驗(yàn)課題,參加物理興趣小組,結(jié)合教輔資料和實(shí)驗(yàn)視頻,獨(dú)立展開物理實(shí)驗(yàn),通過自主學(xué)習(xí)和探究性活動(dòng),提高個(gè)人物理解題能力和認(rèn)知水平．

(作者單位：山東省萊蕪市第一中學(xué))

上升時(shí)間:t=1/2×3/5×60/180s=1/10s.