吳素香

摘 要：在高中階段的教學(xué)中，物理學(xué)科是一門抽象學(xué)科，學(xué)生學(xué)習(xí)難度比較大，特別是物理解題中，需要學(xué)生掌握有效的解題方式。在實(shí)際的物理解題中，題目類型千變?nèi)f化，非常復(fù)雜，從本質(zhì)上來說，是根據(jù)一定的物理模型設(shè)計(jì)的。模型法作為一種有效的解題方式，即對(duì)題目本質(zhì)進(jìn)行分析，結(jié)合其模型進(jìn)行解題。借助模型法解題，降低物理習(xí)題解答難度，實(shí)現(xiàn)物理知識(shí)和模型的結(jié)合，保證學(xué)生課堂學(xué)習(xí)效果。本文就模型法在高中物理解題中的應(yīng)用進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞：模型法;高中物理解題;原則;類型;應(yīng)用策略

模型法就是根據(jù)題目中的條件，將一些表面的和次要條件進(jìn)行忽略，將復(fù)雜的物理現(xiàn)象，通過簡(jiǎn)單的、理想化模型代替，對(duì)問題進(jìn)行思考和解答。在高中物理解題中，利用模型法，明確解題思路，是解題中的關(guān)鍵一步。在高中物理解題中，通過構(gòu)建模型，降低題目解答難度，讓學(xué)生利用所學(xué)知識(shí)進(jìn)行思考和解答，提高學(xué)生解題效果和質(zhì)量。

一、高中物理解題中模型構(gòu)建的原則

在高中物理中，模型構(gòu)建是將抽象知識(shí)內(nèi)容形象化，降低知識(shí)理解難度。借助模型構(gòu)建，強(qiáng)化學(xué)生空間想象能力，因此，在模型構(gòu)建時(shí)，應(yīng)當(dāng)遵循相應(yīng)的原則，完成問題的思考和解答。第一，模型構(gòu)建時(shí)應(yīng)當(dāng)突出主要問題。在解題中，模型構(gòu)建的主要目的是解答，應(yīng)當(dāng)將基本知識(shí)轉(zhuǎn)化成模型，借助模型展示問題。在模型構(gòu)建過程中，需要對(duì)干擾因素進(jìn)行分析，找出其中的關(guān)鍵詞，實(shí)現(xiàn)物理問題的簡(jiǎn)化。第二，模型的客觀存在性原則。物理學(xué)科是一門理科學(xué)科，具有嚴(yán)謹(jǐn)性的特點(diǎn)，在模型構(gòu)建時(shí)，將模型和知識(shí)依附于問題，避免出現(xiàn)主觀臆測(cè)的情況，使得模型不能夠發(fā)揮其解題作用，出現(xiàn)模型不準(zhǔn)確的情況。第三，科學(xué)化原則。模型構(gòu)建過程的本質(zhì)是科學(xué)實(shí)踐過程，在構(gòu)建模型時(shí)，應(yīng)當(dāng)遵循科學(xué)原則，不能夠?yàn)榱私档屠斫怆y度，忽視其客觀理論。

二、高中物理解題中模型類型分析

（一）實(shí)體模型。實(shí)體模型是高中物理教學(xué)中常見的模型，如：力學(xué)中的質(zhì)點(diǎn)、杠桿、輕質(zhì)彈簧、單擺等;熱學(xué)中的彈性球分子模型、理想氣體等;電學(xué)中的試驗(yàn)電荷、理想導(dǎo)體、絕緣體等;光學(xué)中的薄透鏡、原子的核式結(jié)構(gòu)模型等。在此種模型用于高中物理解題時(shí)，應(yīng)當(dāng)緊抓事物主要因素，構(gòu)建相應(yīng)的實(shí)物模型，完成物理問題的有效解答。如圖1所示，在水平位置上放置四個(gè)完全相同的彈簧，在其右端的拉力為F，左端的情況不同;①中彈簧左端在墻上固定;②中彈簧左端受到大小為F的拉力作用;③中彈簧左端系一物塊，且在光滑桌面滑動(dòng);④中彈簧系一物塊，在有摩擦的桌面滑動(dòng)。如果彈簧質(zhì)量是零，那么四個(gè)彈簧伸長(zhǎng)量比較中，有（ ）

在此題目中，彈簧是研究對(duì)象，并且假設(shè)彈簧質(zhì)量是零，那么彈簧屬于理想性實(shí)物模型。在彈簧右端都存在拉力F，那么彈簧上任意一點(diǎn)都受到拉力F的作用，和右端是否存在接觸物無關(guān)。根據(jù)牛頓第三定律的本質(zhì)，對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行明確劃分，因?yàn)閺椈少|(zhì)量是零，那么彈簧受到的合力是零。根據(jù)作用力和反作用力知識(shí)，四種情況中彈簧的力都是F，其彈簧伸長(zhǎng)長(zhǎng)度相同，因此，選項(xiàng)D正確。

（二）過程模型。過程模型主要是指具體物理過程理想化抽象出來的物理過程。自然界中事物的變化非常復(fù)雜，物理學(xué)研究時(shí)，并不能做到面面俱到。因此，需要分清主次，忽略其次要因素，結(jié)合主要因素構(gòu)建理想模型，如勻速直線運(yùn)動(dòng)、勻變速直線運(yùn)動(dòng)、勻速圓周運(yùn)動(dòng)、自由落體運(yùn)動(dòng)、恒定電流等，通過突出其主要特征，忽略次要過程，抽象出理想過程。例題：如圖2所示，將物體B和物體C通過勁度系數(shù)為K的輕彈簧連接，將它們豎直靜止放置在水平地面，物體A從物體B正上方H0處靜止釋放，下落之后和物體B碰撞，加入三個(gè)物體質(zhì)量都是M，重力加速度為g，忽略物體自身高度和空氣阻力。1.求解A與B碰撞之后的瞬間速度;2.當(dāng)A和B運(yùn)動(dòng)到最大速度時(shí)，求解C對(duì)地面的壓力;3.開始時(shí)，A距離B多高時(shí)，可以在之后的運(yùn)動(dòng)中讓C恰好離開地面。

在問題1的解答中，假設(shè)A碰撞B之前的速度是V1，在下落過程中，根據(jù)機(jī)械能守恒定律，計(jì)算出V1。假設(shè)碰撞之后的速度是v2，根據(jù)動(dòng)量守恒定律，計(jì)算出v2。問題2的解答中，當(dāng)A、B達(dá)到最大速度，A、B受到的合外力是零，假設(shè)彈力是F，A、B受力平衡，計(jì)算出F=2Mg，假設(shè)地面對(duì)C的支撐力是FN，因?yàn)閺椈蓛啥藦椓Υ笮∫粯?，因此，彈簧?duì)C的作用力是F，所以FN=F+Mg=3Mg，根據(jù)牛頓第三定律得出C對(duì)地面的壓力是3Mg。問題3解答時(shí)，假設(shè)A距離B的高度是H，根據(jù)機(jī)械能守恒定律和動(dòng)量守恒定理，接觸A、B膨脹之后的速度。結(jié)合彈簧伸長(zhǎng)量進(jìn)行計(jì)算，求解出高度H。在此題解答時(shí)需要對(duì)AB整體運(yùn)動(dòng)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)模型構(gòu)建，完成問題思考和解答。

（三）試題模型。在高中物理解題中，題目分析本質(zhì)上來說是尋找知識(shí)點(diǎn)之間的聯(lián)系，題目可以存在很多變化，但是，聯(lián)系形式是有限的，通過對(duì)聯(lián)系形式進(jìn)行歸納和整理，構(gòu)建相應(yīng)的試題模型，不同的試題模型有其特點(diǎn)和解決方式。如牛頓運(yùn)動(dòng)定律的應(yīng)用中，題目類型中有已知運(yùn)動(dòng)情況對(duì)受力情況進(jìn)行分析，或者是已知受力情況對(duì)運(yùn)動(dòng)情況進(jìn)行分析，雖然題目有很多變化，可以對(duì)其運(yùn)動(dòng)情況進(jìn)行定性分析，總結(jié)成相應(yīng)的題型。

例題：在矩形abcd的線框中，其面積是s，通有電流I，并且一個(gè)磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)穿過，假設(shè)磁感應(yīng)強(qiáng)度B和線框邊呈60°夾角。求解矩形邊框受到的安培力。

在解題時(shí)，需要根據(jù)題目?jī)?nèi)容，對(duì)題目條件進(jìn)行分析，構(gòu)建相應(yīng)的磁場(chǎng)模型，判斷屬于安培力模型或是洛倫茲力模型。根據(jù)兩種磁場(chǎng)模型的特點(diǎn)，深入分析。通過分析安培力產(chǎn)生條件，根據(jù)所學(xué)知識(shí)內(nèi)容，邊框上下沒有安培力的作用，那么之后左右兩邊受到相同安培力的作用，結(jié)合安培力計(jì)算公式，完成相應(yīng)的計(jì)算。在解題中，此種類型題目是常見的題目，常常會(huì)由于分析遺漏出現(xiàn)錯(cuò)誤。因此，在分析時(shí)，應(yīng)當(dāng)認(rèn)真細(xì)致，考慮全面，完成物理問題的思考和解答。

三、模型法在高中物理解題中的應(yīng)用策略

（一）構(gòu)建抽象模型，化繁為簡(jiǎn)。物理和生活密切相關(guān)，在新課程改革理念下，注重物理向生活回歸，也是新高考制度的體現(xiàn)。以教材內(nèi)容作為基礎(chǔ)，注重知識(shí)和能力融合，引入一些生活化的題目，常常利用生活中常見的事物，進(jìn)行物理題目設(shè)計(jì)。在解題過程中，需要將其進(jìn)行抽象還原，構(gòu)建理想化的物理模型，如盤山公路可以看作是斜面，自行車是輪軸，自動(dòng)裝卸則是杠桿等。例題：某個(gè)小學(xué)生的質(zhì)量是30kg，在玩秋千時(shí)，秋千距離橫梁2.5米，小學(xué)生父親從秋千最低點(diǎn)拉起1.25米高，之后從靜止進(jìn)行釋放，小學(xué)生沿圓弧運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)，求解小學(xué)生對(duì)秋千板的壓力。在此題解答時(shí)，需要對(duì)秋千進(jìn)行合理簡(jiǎn)化，構(gòu)建具有一定約束條件的物理模型，將小學(xué)生看作質(zhì)點(diǎn)，將秋千運(yùn)動(dòng)看作非勻速圓周運(yùn)動(dòng)，尋找問題解答關(guān)鍵點(diǎn)，快速有效完成解題。

（二）構(gòu)建類比模型，化難為易。在高中物理解題中，有些物理題目看似非常困難，需要構(gòu)建非常復(fù)雜的模型，其實(shí)這些模型是以以往模型作為基礎(chǔ)進(jìn)行發(fā)展變化的，引導(dǎo)學(xué)生利用對(duì)比和聯(lián)想的方式，尋找物理知識(shí)和題目信息的聯(lián)系點(diǎn)，將復(fù)雜的物理問題進(jìn)行轉(zhuǎn)化，借助有效的、理想的物理模型進(jìn)行思考解題，將新問題借助熟悉的模型進(jìn)行解決，提高學(xué)生物理解題能力。例題：根據(jù)天文學(xué)家的觀察研究，銀河系中有可能存在一定非常大的“黑洞”，距離“黑洞”60億千米的星體以2000km/s的速度圍繞“黑洞”旋轉(zhuǎn)，接近“黑洞”的物質(zhì)，計(jì)算速度和光速相同，也依然會(huì)被引力作用吸引，嘗試計(jì)算出“黑洞”的最大半徑。

在高中物理教學(xué)中，并沒有針對(duì)“黑洞”的相關(guān)講解，是一個(gè)新的難題，根據(jù)題目中的信息，星體圍繞“黑洞”旋轉(zhuǎn)，那么星體圍繞“黑洞”做圓周運(yùn)動(dòng)，其向心力源自于萬有引力，根據(jù)萬有引力的相關(guān)定律，可以得出“黑洞”屬于有質(zhì)量的天體。假設(shè)“黑洞”和星體的質(zhì)量分別是M和m，兩者之間的距離是R，根據(jù)萬有引力定律和向心力公式，可以得出GM=v2r，在題目中還有這樣的信息，等于光速的物體逃脫不了“黑洞”的引力范圍。根據(jù)這樣的信息進(jìn)行假設(shè)，假設(shè)速度和光速相同的物體恰好沒有被吸入，結(jié)合近地衛(wèi)星繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)，通過類比模型構(gòu)建，可以計(jì)算出GM=c2r，可以得出r=2.7×108m。在高中物理解題中，注重學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)，引入類比模型解題，將陌生題目通過熟悉模型解答，保證解題效率。

（三）構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，化此為彼。物理模型和客觀事物具有一定的類似性，對(duì)客觀事物進(jìn)行同等數(shù)量的描寫，借助物理對(duì)象構(gòu)建相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型。在實(shí)際的高中物理解題中，將物理模型和數(shù)學(xué)模型結(jié)合，實(shí)現(xiàn)物理問題向數(shù)學(xué)問題的轉(zhuǎn)化，利用數(shù)學(xué)方法進(jìn)行推理和計(jì)算，之后還原成物理結(jié)論。在高中物理解題中，對(duì)于一些復(fù)雜的習(xí)題，可以巧妙利用數(shù)學(xué)方法，提高學(xué)生解題效率。例題：有三顆星體構(gòu)成的系統(tǒng)，忽略其他星體的作用，存在一種運(yùn)動(dòng)形式，三顆星體在相互的萬有引力作用下，分別位于等邊三角形的三個(gè)頂點(diǎn)上，繞著共同的圓心，在三角形所在平臺(tái)做角速度相同的圓周運(yùn)動(dòng)，如圖3所示。如果A星體質(zhì)量是2m，B、C兩個(gè)星體的質(zhì)量均是m，三角形邊長(zhǎng)是a，1.求解A、B兩個(gè)星體受到的合力FA和FB。2.求解C星體的軌道半徑，以及三星體做圓周運(yùn)動(dòng)的周期。在解題時(shí)，可以構(gòu)建相應(yīng)的幾何圖形，利用三角函數(shù)的余弦定理，解決物理力的問題，借助三角形相似原理，分析物理數(shù)據(jù)關(guān)系。通過數(shù)學(xué)思維思考和解決物理問題，將數(shù)學(xué)和物理聯(lián)系在一起，利用模型法思考和解答問題，提高課堂教學(xué)效果。

結(jié)束語

物理學(xué)科是一門邏輯性強(qiáng)的自然科學(xué)，如果僅僅依靠重復(fù)訓(xùn)練或者生搬硬套的方式，不利于學(xué)生解題能力的培養(yǎng)，難以提高學(xué)生知識(shí)的應(yīng)用能力。模型法作為一種有效的解題方式，在高中物理解題中應(yīng)用，能夠幫助學(xué)生分析題目信息，明確解題思路，尋找問題突破點(diǎn)。作為高中學(xué)生，需要掌握模型法在解題中的應(yīng)用技巧，做到靈活使用，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維。在實(shí)際的高中物理解題教學(xué)中，教師需要讓學(xué)生了解模型構(gòu)建的類型，引導(dǎo)學(xué)生掌握多種模型法應(yīng)用方法，保證學(xué)生解題能力得到進(jìn)一步提升。

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