高中物理模型構建及其在解題中的應用

摘 要：近年來，模型構建法在數(shù)理類學科教學中的應用越來越普遍，對學生思維能力與解題能力的培養(yǎng)有著重要作用.由此證明，模型構建是一種有效的教學方法.現(xiàn)本文就高中物理模型構建及其在解題中的應用進行探討.

關鍵詞：高中物理;模型構建;解題;應用

中圖分類號：G632????? 文獻標識碼：A????? 文章編號：1008-0333（2020）34-0077-02

收稿日期：2020-09-05

作者簡介：朱舉烈（1968.9-），男，山東省臨沂人，中學高級教師，從事高中物理教學研究.

物理作為高中教育階段的一門重要課程，具有許多抽象繁雜的知識原理，學習難度大.傳統(tǒng)教學方法只是一味強調(diào)學生進行概念與定律的死記硬背，未曾要求學生去真正理解知識內(nèi)容，因而使得學生對物理知識的理解較淺，無法做到靈活運用.模型構建是新課改實施以來的一種新型教學方法，高中物理的研究對象、研究過程均可看作是理想化的物理模型，包括平拋運動、圓周運動及勻強磁場等.教師可引導學生在分析與解答一些題目時通過構建相應模型，提取出關鍵信息，抓住問題本質(zhì)，實現(xiàn)問題的有效解答.

一、物理模型構建方法

1.觀察與實驗

對自然現(xiàn)象加以認識的重要方法便是觀察與實驗，強調(diào)學生主動學習知識的過程，通過讓學生觀察與實驗，可在提升學生思維能力與動手能力的同時，引導其做到定量、定性各種現(xiàn)象，并對研究對象進行明確.在觀察與實驗期間，學生要認識與注意到研究對象及其他物體間的變化、聯(lián)系與區(qū)別，進行其中主體的抽象，構建出清晰明了的時空情境，構建合理的物理模型，從而推動物理教學活動的順利開展.

2.分析與綜合

在構建模型過程中，“分析”具體指由整體到局面，從面帶點的思維方式，需要在考慮問題時將分解成不同的部分;而“綜合”恰巧與之相反，體現(xiàn)了一種由局部到整體的思維方式，就是將不同的對象個體通過整合而形成一個完整的個體.同時學生的建模能力是基于“抽象”而言的，而“抽象”就是指對同類事物的本質(zhì)特征的總結，核心在于抓住問題本質(zhì).當在處理具體的物理問題時，需要教師引導學生展開分析與綜合，做到由易到難、由表及里，從而構建合適的模型.

3.類比與聯(lián)想

“類比”指當物理問題研究對象或物理過程十分相似時，假設其結論、規(guī)律也具有相似性的一種思維模式.當采用類比法解答物理題目時，便可利用熟悉的物理過程或是對象對陌生的物理過程或?qū)ο筮M行替代.“聯(lián)想”要求在類比的基礎上還應進行相關物理知識的聯(lián)系，思考與之相關的物理知識及相應的物理變化過程，使問題解決方向更為明確，從而建立相應模型.? 二、高中物理模型在解題中的應用

1.構建行星模型

行星運動屬圓周運動范疇，為當中的典型代表，近年來在高考中的考察頻率越來越高.為幫助學生更為準確且快速的解答題目，教師應當引導其構建行星模型.學生能否正確構建行星模型的關鍵點，便是學生是否實現(xiàn)了萬有引力公式、開普勒第三定律等相關內(nèi)容的熟練掌握，接下來再結合具體題目情景求解.

例1 月亮環(huán)繞地球運動的軌道半徑約為地球半徑的60倍，其運行周期約為27天，現(xiàn)應用開普勒定律計算：在赤道平面內(nèi)離地面多高時，人造地球衛(wèi)星可隨地球一起轉(zhuǎn)動，就像其停止在空中一樣？若兩顆人造衛(wèi)星繞地球做圓周運動，周期之比為1∶8，則他們軌道半徑是多少？（已知地球半徑為6400km）

分析 該題目主要考察的是開普勒第三定律的應用，首先需要學生對題目所描述的場景做到深刻理解，接下來在進行模型的構建時，我們可知月亮和地球同步衛(wèi)星都是地球的衛(wèi)星，設地球半徑為R，周期T=24h，進而再根據(jù)開普勒第三定律構建解題模型：

（R月/R同）3=（T月/T同）2

[60r/（r+h）]3=（27/1）2=（33）2=（32）3

[60r/（r+h）]3=93

60r/r+h=9

h=51r/9=51×6400km/9≈36266.6km

2.構建磁偏轉(zhuǎn)模型

在電磁復合場偏轉(zhuǎn)運動相關知識的考查當中，微粒屬于重要考察內(nèi)容，在高考試卷的選擇題與綜合題中均有涉及.該類題目難度較大，要求學生應具有較高的綜合素質(zhì)，并且教師在構建模型過程中也需要面對較多復雜的情況.在構建磁偏轉(zhuǎn)模型的過程中，教師要幫助學生全面分析題目情景，同時遵循具體的建構步驟來指導學生來順利完成模型的構建.

例2 如圖1，在一水平放置的平板MN的上方有勻強磁場，磁感應強度的大小為B，磁場方向垂直于紙面向里.許多質(zhì)量為m帶電量為+q的粒子，以相同的速率V沿位于紙面內(nèi)的各個方向，由小孔O射入磁場區(qū)域.不計重力，不計粒子間的相互影響，下列圖中陰影部分表示帶電粒子可能經(jīng)過的區(qū)域，其中R=mvBq.哪個圖是正確的（? ）.

分析 通過分析題目，我們可知帶電粒子都是以垂直的狀態(tài)進入到勻強磁場中的，即將要做圓周運動.

接下來就是模型的構建，需要教師幫助學生確定圓心，畫出粒子的運動軌跡，這是做這一類題的關鍵.在畫粒子運動軌跡的過程中，我們發(fā)現(xiàn)因為存在眾多由不同方向而射入的粒子，且入射速度相同，所以圓周運動半徑也相等.而只要將當中典型的、特殊的幾個沿不同方向運動的粒子的運動軌跡畫出來，再通過觀圖2察，便可得出全部圓周的覆蓋區(qū)域，就是該題的答案（如圖2）.在圖中我們可看到在區(qū)域的邊緣左方是圓心為O、半徑為以2R的圓，右方是粒子從O點沿MN方向射入的具體軌跡.故選A.

3.構建彈簧模型

對于高中生來講，有關彈簧的物理題目十分常見.但就實際情況來看，仍有一些學生無法全面掌握彈簧形變的相關內(nèi)容，表現(xiàn)為對物體的受力方向、彈簧的受力大小等知識點的判斷失準.對此，在幫助學生解答彈簧類型的物理題目時，教師便應進行彈簧模型的構建，引導學生對彈簧的受力過程進行分析.

例3 如圖3，輕彈簧下端固定在水平桌面上，上端放有物塊P，系統(tǒng)處于靜止狀態(tài).現(xiàn)用一豎直向上的力F作用在P上，使其向上做勻加速直線運動，以x軸表示P離開靜止的位移，在彈簧恢復原長前，下列表示F和x之間的關系圖像可能正確的是（? ）.

圖3

分析 要想順利進行彈簧模型的構建，前提便需要學生對彈簧的實際受力情況進行明確.在完成題目的分析后，我們得知彈簧最開始是處在壓縮狀態(tài)的，并且彈簧的彈力同物體P的重力相互平衡，即F彈力=mg.物體P受F作用作向上的勻加速直線運動時，滿足了F+F′彈力-mg=ma，當中若a、m處于不變的狀態(tài)，而彈簧卻逐漸伸長，彈力便會越來越小.因此，F(xiàn)值需對彈簧逐漸變小的彈力進行彌補，才可確保P作勻加速直線運動.并且在X=0時，彈簧的彈力同物體P的重力相互平衡，這個時候的加速度都是由彈簧F提供，因為在X=0時，彈力F并非為0，即應當選A.

總的來說，隨著素質(zhì)教育與新高考改革的不斷深入，高中物理教學面臨新的發(fā)展機遇與挑戰(zhàn).在新的教育背景下，高中物理教師應當積極運用構建物理模型的方法，引導學生結合具體的題目來進行模型的構建，幫助學生分析題目情景，并明確題目中的主次要素，最終擁有清晰的解題思路.同時教師也應適當引入一些高考真題，增強學生的解題體驗，使其進一步了解解題的過程，逐漸掌握物理模型精髓，逐漸提升其物理學科核心素養(yǎng).最后，學生也要加強學生模型構建能力的培養(yǎng)，使其可自主解決一些物理問題，實現(xiàn)對物理知識的有效運用.

? 參考文獻：

[1]楊少春.建立物理模型在高中物理解題中的應用[J].內(nèi)蒙古教育（職教版），2014（7）：37.

[2]高可教.高中物理解題中建立物理模型的應用探析[J].高中數(shù)理化，2016（6）：32.

[3]楊少春.建立物理模型在高中物理解題中的應用[J].內(nèi)蒙古教育（職教版），2014（07）：37.

[4]吳淑鳳，嚴占勛，施澤林，etal.淺談物理模型在高中物理解題中的應用[J].新教育時代電子雜志（教師版），2017（42）：107，96.

[5]張麗.物理模型在高中物理解題中的應用探討[J].中學生數(shù)理化（學研版），2016（10）：33.

[責任編輯：李 璟]