淺析高中物理模型的建立與應(yīng)用

摘要：物理是門探究事物本質(zhì)世界規(guī)律的學(xué)科，在不同的問題情境背后有著類似的解題思路與解題模式。我們把這種套路化的思考物理問題的思維習(xí)慣固化為物理模型，它反映了我們對物理問題的本質(zhì)認(rèn)識與抽象認(rèn)知，對物理問題的解決有著重要作用和指導(dǎo)意義。本文就從物理模型的概念出發(fā)，以高中常見的經(jīng)典物理模型為例，列舉了物理模型的應(yīng)用，表現(xiàn)了物理模型的重要性。

關(guān)鍵詞：物理模型；應(yīng)用；高中物理；物理思維

引言：

我們常說授人以魚不如授人以漁，物理是研究我們生活的世界的本質(zhì)規(guī)律的學(xué)科，物理的表現(xiàn)形式有千千萬萬，但是物理問題背后的規(guī)律卻是一致的。在解決物理問題的過程中，可以將不同事物在不同環(huán)境下的運動簡化為相似的問題進(jìn)行解決，這就是我們常說的物理模型，物理模型就是打開物理真理大門的鑰匙，是教會我們思考的“漁”。

一、物理模型的概念

在數(shù)學(xué)中有研究變量間關(guān)系的數(shù)學(xué)模型，在經(jīng)濟(jì)學(xué)中有研究經(jīng)濟(jì)市場變化規(guī)律的經(jīng)濟(jì)學(xué)模型，物理模型就是研究物理范疇內(nèi)的問題的模型，如光學(xué)模型、力學(xué)模型等。模型的建立都是以反映所探究的關(guān)系為目的，通過將問題抽象化的思維方法，突出主要本質(zhì)的因素，忽略次要非本質(zhì)的因素，將問題還原到本質(zhì)層面，進(jìn)行簡化與模擬。

從定義我們刻意看出，模型的建立是做減法的過程。在具體的物理問題中，如何進(jìn)行簡化與物理模型建立，抓住什么因素作為主要因素，忽略哪些次要因素，這些是實際過程中的難點。比如面對體積微小的物體，小球雨滴等，我們知道忽略體積簡化為質(zhì)點模型來研究他們的運動。在研究體積龐大的物體，就需要研究問題再考慮將物體看作質(zhì)點。在研究汽車的運動速率、行駛路程等時，可以把汽車看作質(zhì)點，如果研究汽車的緩沖就不能把汽車視為質(zhì)點，要考慮汽車輪子的特性將其視為彈性模型。同時在建立模型以后還需要套用到實際問題中看是否契合實際情況，是否有尚未考慮到的影響因素，又或者還不夠簡單仍然可以簡化。

二、建立物理模型的方法

物理模型不僅代表了一類問題的解決通法，具有一定的代表性，反映了問題的本質(zhì)，而且蘊含了建立模型時的思路與邏輯方法。實際問題中建立物理模型一般可以分為兩種方法[1]。（1）直接建立：首先明確研究對象，看把研究對象視為什么模型，如質(zhì)點、連接體等，然后分析問題情境具有怎樣的特征，比如在問題的物理環(huán)境中是否需要考慮摩擦力，阻力，運動的環(huán)境是斜面還是平面等，最后看運動對象在物理環(huán)境中具有怎樣的運動特征，抓住運動時的主要特征，忽略次要因素，然后將其中的運動規(guī)律列出方程，即是直接建立的物理模型。（2）類比法：將未知的新生的事物與已知的事物聯(lián)系起來，比如用單擺振動的物理模型解決電磁震蕩問題。

三、物理模型的重要性

（1）物理本身其實是個抽象的學(xué)科，但是物理的生活應(yīng)用與物理的問題又常常具體而形象，如果想學(xué)好物理，就需要能透過現(xiàn)象看本質(zhì)，將形象的問題情境抽象化，需要學(xué)生概括抽象問題的能力，物理模型的建立過程是極好的鍛煉物理思維的過程[2]。（2）運用物理模型可以簡化對問題的解決，每個物理模型就好像一個新世界，在物理模型下的推論就是新世界的定理，在解決問題時可以省略每次都推理定理的過程，直接運用推論。

四、常見高中物理模型及其應(yīng)用

（1）質(zhì)點模型：是物理中最經(jīng)典的對象模型，將研究對象簡化，只考慮其運動過程，更方便的應(yīng)用經(jīng)典力學(xué)原理。而在研究氣體的運動中將氣體看做理想氣體，不考慮氣體內(nèi)部的運動，電荷只考慮其帶電量而不考慮其他物理特征這些都是質(zhì)點模型的延伸。（2）繩桿模型：抓住了繩與桿最本質(zhì)的不同，繩只可以承受沿繩方向的拉力，不可以承受其他方向的力，而桿可以承受來自各個方向的力。（3）追趕與對碰模型：在追趕與碰撞的物理問題中，應(yīng)當(dāng)抓住動量守恒、動能守恒的本質(zhì)以不變應(yīng)萬變，其中碰撞模型又根據(jù)是否發(fā)生動能損耗分為完全彈性碰撞模型、非完全彈性碰撞模型。如果遇到問題轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的追趕或碰撞模型，能更方便運用建立物理模型時已知的推論，如彈性碰撞后的兩物體相對速度相等，質(zhì)量相等的物體發(fā)生對撞速度交換等，再次遇到問題時可以直接運用推論，大大提升解決問題的速度。（4）皮帶模型：皮帶模型中的關(guān)鍵因素是摩擦力，應(yīng)考慮到摩擦力對物體運動的影響，考慮到摩擦生熱，能量守恒，動能對熱能的轉(zhuǎn)化等。（5）斜面模型：斜面是個常見的物理情境，在斜面模型中抓住解決問題的關(guān)鍵——物體平衡的臨界點，斜面模型主要體現(xiàn)了物理方法中臨界思想。（6）平拋模型：平拋模型主要蘊含了物理力的合成與分解，運動的合成與分解，如果抓住問題再去尋找與問題關(guān)系最密切的力，可以大大簡化問題的難度。（7）爆炸模型：爆炸模型常常應(yīng)用在子彈木塊的問題情境下，可以把子彈木塊看作追趕或?qū)ε瞿Ｐ?，這樣就能方便看出問題的區(qū)別，通過追趕與對碰模型，更容易解決物體的運動，而爆炸模型中主要考慮能量守恒，摩擦生熱等，在解決不同的問題時，考慮不同的模型，側(cè)重不同的思路，套用不同的公式。（8）LC電磁振蕩模型：研究電流與電量的轉(zhuǎn)化規(guī)律的模型。（9）動態(tài)電路模型：涉及到電路動態(tài)變化的問題可以歸結(jié)為動態(tài)電路模型，其解決方法是從阻值變化入手，根據(jù)串并聯(lián)關(guān)系分析，運用歐姆定律判斷電路的總電阻變化、總電流變化，再根據(jù)電流電壓的分配原則進(jìn)行局部電路的分析。（10）電容電路模型：此類模型中的切入點是電容兩極板的電壓以及極板上的電性[3]。（11）非純電阻電路模型：此類模型的關(guān)鍵在于與純電阻電路相比多了電能與化學(xué)能的轉(zhuǎn)換，應(yīng)當(dāng)抓住能量守恒的本質(zhì)進(jìn)行分析。

結(jié)語：

針對高中常見的問題進(jìn)行物理模型的建立對高中物理的學(xué)習(xí)具有重要作用，通過已經(jīng)建立的模型能夠使物理問題的解決事半功倍。同時建立物理模型的過程，能夠鍛煉對事物本質(zhì)的觀察力，抽象化的邏輯思維能力，能從根本上提升解決問題的能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]蔣明星.物理模型的建立及在教學(xué)中的作用[J].中小學(xué)教學(xué)研究，2010（10）：32-33.

[2]范利成.例析高中物理模型教學(xué)的重要性[J].技術(shù)物理教學(xué)，2012，20（4）：35-36.

[3]羅許繹.高中物理各類電路題的解析[J].理科考試研究，2013，20（21）：41-42.

作者簡介：竇子涵（2000.05.24—）男，漢族，天津市人，高中學(xué)歷，研究方向：物理方向。endprint