論述“模型法”在高中物理力學(xué)學(xué)習(xí)中的運用

劉展赫

【摘 要】高中物理課程是一門重要的基礎(chǔ)課程，學(xué)好這一課程對同學(xué)們對自然科學(xué)的認(rèn)識及未來的深造發(fā)展有很大的幫助。力學(xué)章節(jié)是高中物理的難點，在物理問題的解析中需要對復(fù)雜的體系進(jìn)行受力分析?！澳Ｐ头ā笔墙鉀Q力學(xué)問題中常用的方法，通過建立物理模型對物體的受力狀況進(jìn)行簡化，便于對問題進(jìn)行分析。本文研究了物理模型構(gòu)建的基本原則和建立方法，以“死結(jié)”與“活結(jié)”、“定桿”與“動桿”兩類問題為例對“模型法”的具體應(yīng)用進(jìn)行了討論。

【關(guān)鍵詞】高中物理；力學(xué)問題；模型法

在高中物理的課程中，力學(xué)是一個重要的章節(jié)，也是同學(xué)們學(xué)習(xí)的重點和難點。力學(xué)問題由于抽象性較強，在分析解題過程中可以通過建立力學(xué)模型的方法方便對題目的分析。恰當(dāng)?shù)奈锢砟Ｐ涂梢越档臀锢韱栴}的難度，將抽象的問題具體化，達(dá)到簡化解題的目的。本文就物理力學(xué)解題中的“模型法”的具體應(yīng)用進(jìn)行討論，與大家分享一下筆者在大學(xué)物理學(xué)習(xí)中的一些心得體會。

1.高中物理模型構(gòu)建的基本原則

高中物理課程對同學(xué)們的邏輯思維能力和空間想象能力都很高，學(xué)習(xí)難度較大。在高中物理學(xué)習(xí)中通過構(gòu)建物理模型可以將抽象復(fù)雜的問題形象化和具體化，將學(xué)習(xí)中的物理問題與日常生活中常見的現(xiàn)象聯(lián)系起來，便于加深同學(xué)們對物理理論知識的理解和認(rèn)識。在對物理模型進(jìn)行構(gòu)建過程中要注意精簡物理問題的條件，舍棄無意義的干擾因素，達(dá)到簡化物理問題的目的。其次，在物理模型的構(gòu)建過程中要依據(jù)物理問題的本身條件特性，要根據(jù)題目的不同特點選擇合適的模型，不能憑主觀臆想隨意進(jìn)行構(gòu)建。最后，構(gòu)建的物理模型要符合科學(xué)規(guī)律，不能為了追求物理問題的簡化而忽視了模型背后的理論依據(jù)。

2.高中物理力學(xué)中模型法的建立方法

在對物理問題進(jìn)行解決的過程中，審題的關(guān)鍵與核心是如何找出題干、理清思路是對物理問題分析解答的首要任務(wù)。在審題過程中，要明確需要解決的問題和研究對象，圍繞研究對象尋找已知條件和未知條件。例如在解決連接體和杠桿問題時，同學(xué)們要區(qū)分好研究對象，用好整體和部分之間的關(guān)系。在審清題干問題后，運用抽象簡化思維，將復(fù)雜的問題化成簡單的物理模型。尤其要注意示意圖的運用，利用是以圖將物理對象之間的相互關(guān)系進(jìn)行描述，使物理關(guān)系一目了然，同時借助于文字輔助說明將已知條件表示清楚。同學(xué)們在趣味、形象的圖形和文字說明的幫助下快速了解解題情景，使解題方法和解題思路一目了然。

3.高中物理力學(xué)學(xué)習(xí)中“模型法”應(yīng)用實例

3.1“死結(jié)”與“活結(jié)”問題

在力學(xué)問題中，“死結(jié)”與“活結(jié)”是常見的問題，在解題中要注意它們之間的區(qū)別和關(guān)系?！盎罱Y(jié)”是一根繩子通過滑輪或者滑輪掛鉤改變方向。在繩子上的拉力處處相等?！八澜Y(jié)”是將幾根不同的繩子結(jié)在一起，繩子上的拉力不存在必然的相等關(guān)系。下面借助例題對這一現(xiàn)象進(jìn)行分析。

如上圖所示，長5m的細(xì)繩兩頓分別系在兩桿上，兩桿之間的水平距離為4m。在繩子上有一個光滑的輕質(zhì)掛鉤，下面連接著一個12g的重物。當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到平衡時，求：①繩子上的拉力為多少？②A點向上移動，系統(tǒng)重新平衡后繩子上的拉力如何變化？

分析：根據(jù)題目已知條件，對重物進(jìn)行受力分析。畫出如左圖所示的受力狀況示意圖，重物一共受到三個力的作用達(dá)到平衡，分別是垂直向下的重力G、指向左上方的拉力T1和指向右上方的拉力T2。根據(jù)物體受力平衡條件，T1和T2的合力與物體所受的重力相平衡，且T1=T2。對三個力進(jìn)行分析知，T1sinα+T2sinα=G。可得每個繩子上受的拉力為T1=T2=G/2sinα。A端向上移動后，由于重物受力條件沒有變化，繩子上的拉力不變。

3.2“定桿”與“動桿”的關(guān)系

“定桿”是桿子與物體或者墻體相連接，物體的受力狀況需要根據(jù)平衡條件或牛頓第二定理進(jìn)行求解。而“動桿”則是可以轉(zhuǎn)動的桿，它的受力方向永遠(yuǎn)沿著桿子的方向。在解題過程中要明確桿子的類型，根據(jù)桿的不同類型對物體的受力狀況進(jìn)行分析，列出相應(yīng)的關(guān)系式。下面借助例題對這一問題進(jìn)行分析：

如下圖所示，一輛汽車水平向右行駛，輕桿的上端固定在車的頂端，另一端連接一個重量為G的剛性小球，桿與垂直方向上的夾角為θ，桿對球的彈力方向為（ ）

A.可能豎直向上

B.不可能斜向左上方

C.可能斜向左上方，但不一定沿著桿的方向

D.一定沿桿且與豎直方向的夾角為θ

根據(jù)題目已知條件，因為輕桿上端固定在車頂，說明這是一個“定桿”問題?！岸U”所受的力與桿的方向無關(guān)，需要用受力平衡對輕桿的受力方向進(jìn)行分析。輕桿對小球的彈力方向與小球的受力方向相反；小球首先受到自身的重力，其次還有可能因為加速度或減速度受到水平上的力。因此，桿對小球作用力的方向可能為豎直向上或者偏向左上方或右上方，與桿子的方向無關(guān)。

4.結(jié)語

綜上所述，物理課程是高中階段的一門重要課程，在高考中占分比值很大。其中力學(xué)章節(jié)是重要的組成部分，學(xué)好力學(xué)的關(guān)鍵是對系統(tǒng)受力情況進(jìn)行合理清晰的受力分析。在學(xué)習(xí)過程中我們可以通過“模型法”對物體的受力狀況進(jìn)行分析，根據(jù)題目已知條件建立合理的物理模型，并借助于這些模型進(jìn)行求解。本文以力學(xué)問題中常見的幾種題型為例進(jìn)行了“模型法”解題的探討，希望能幫助同學(xué)們更好地理解和掌握這一學(xué)習(xí)方法。

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