模型法在中學(xué)物理解題中的應(yīng)用

本文對(duì)模型法在高中物理解題中的應(yīng)用進(jìn)行了深入的剖析，簡(jiǎn)要介紹了模型法的分類和求解流程，將模型法分為實(shí)體模型、過(guò)程模型及問(wèn)題模型，并分別舉例進(jìn)行了說(shuō)明。模型法能夠幫助我們抓住問(wèn)題的本質(zhì)，忽略次要干擾信息，將實(shí)際問(wèn)題理想化。模型法的應(yīng)用能夠提升我們對(duì)物理問(wèn)題的分析和求解能力。

物理學(xué)是研究物質(zhì)相互作用規(guī)律及其基本結(jié)構(gòu)的科學(xué)，關(guān)于高中物理解題方法方面，已有大量文獻(xiàn)進(jìn)行了深入研究，如實(shí)驗(yàn)法、模型法、推理法等等，而模型法在物理解題的物理規(guī)律構(gòu)建和概念的形成中有著凸出的貢獻(xiàn)。其中模型法在形成物理概念、建立物理規(guī)律中起著重要作用。模型法是我們?cè)谇蠼馕锢韱?wèn)題過(guò)程中，通過(guò)對(duì)問(wèn)題模型的建立，幫助我們抓住問(wèn)題的核心和重點(diǎn)，忽略題中的干擾信息，在頭腦中形成一個(gè)清晰的思路。更進(jìn)一步講即是通過(guò)模型把物理問(wèn)題實(shí)際化。模型法應(yīng)用于高中物理解題中，能夠極大地幫助我們對(duì)復(fù)雜物理知識(shí)及問(wèn)題的分析和求解能力。

模型法在物理求解中的應(yīng)用

模型法求解物理問(wèn)題的流程

用模型法解決物理問(wèn)題的基本程序如下：

1）審題，首先將物理問(wèn)題中的文字映射到大腦中，形成一個(gè)初步的求解思路，并將題中所要表達(dá)的物理場(chǎng)景利用示意圖展示出來(lái)。

2）分析，利用模型法的方式，提煉出物理問(wèn)題中的本質(zhì)信息，忽略掉次要的干擾信息，從而形成清晰的解題思路。首先對(duì)題中所要表達(dá)的物理場(chǎng)景進(jìn)行分析，從主要特點(diǎn)中分析出物體的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)如勻速圓周運(yùn)動(dòng)等，在大腦中搜索比對(duì)學(xué)過(guò)的物理模型，從而建立該物體的運(yùn)動(dòng)模型進(jìn)行求解，這樣能夠幫助學(xué)生清晰的分析和求解問(wèn)題。

3）再現(xiàn)，回憶模型所遵循的所有物理規(guī)律，使學(xué)生真正清楚模型的物理意義。

4）決策，結(jié)合題中已知信息，找出有關(guān)該問(wèn)題的全部求解方案，再根據(jù)已知條件和目標(biāo)之間存在的一系列關(guān)系和物體運(yùn)動(dòng)過(guò)程所遵循的物理規(guī)律，選擇出最好的解決方法。

5）運(yùn)算以及討論，運(yùn)算即是運(yùn)用相關(guān)的物理規(guī)律進(jìn)行求解或者進(jìn)行邏輯推理得出結(jié)果，在求解完成后，需要對(duì)結(jié)果的合理性方面進(jìn)行討論，主要就是結(jié)合題意利用物理規(guī)律對(duì)題中的實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行分析。

模型的分類與模型法的應(yīng)用舉例

模型法能夠準(zhǔn)確的抓住問(wèn)題的本質(zhì)，忽略其他次要的干擾信息，幫助我們準(zhǔn)確的分析和處理問(wèn)題，提升我們對(duì)復(fù)雜物理問(wèn)題的求解和處理能力。我們所遇到的模型，一般可分為下面幾種情況：

1）實(shí)體模型。

實(shí)體模型是對(duì)物理對(duì)象進(jìn)行理想化處理后建立的模型，常用于建立某個(gè)物理概念，能夠提升我們對(duì)物理概念的理解能力。如質(zhì)點(diǎn)、理想氣體、彈簧振子、原子核式結(jié)構(gòu)、點(diǎn)電荷等，再比如對(duì)連續(xù)物質(zhì)之間的相互作用進(jìn)行研究時(shí)，通常需要建立截面模型或圓柱體模型、分子（原子）的立方體或球體模型等。

例2：電流微觀模型的建立與應(yīng)用：有一導(dǎo)體AD示于圖2，在其兩端加上一定數(shù)量的電壓，設(shè)導(dǎo)體內(nèi)自由電荷電量與沿著導(dǎo)體定向移動(dòng)的速度分別為q和v；導(dǎo)體的橫截面積為S且每單位體積內(nèi)所含的自由負(fù)荷數(shù)量為n，在導(dǎo)體中選取距離為數(shù)量為v的橫截面B和C，要求求解出兩個(gè)面之間的負(fù)荷電量（單位時(shí)間內(nèi)）是多少？

2）過(guò)程模型。過(guò)程模型通常將物體運(yùn)動(dòng)過(guò)程理想化，不考慮其他干擾信息。如研究自由落體時(shí)，為了簡(jiǎn)化問(wèn)題，常常忽略掉空氣阻力對(duì)物體運(yùn)動(dòng)的影響，將運(yùn)動(dòng)過(guò)程理想化為運(yùn)算或者勻變速的直線運(yùn)動(dòng)。這樣的模型還有彈性碰撞、勻速圓周運(yùn)動(dòng)、平拋運(yùn)動(dòng)等。

例3：天文學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)，銀河系中心可能存在一個(gè)大“黑洞”，黑洞是宇宙中最奇特和神秘的天體，是超強(qiáng)引力源，黑洞會(huì)吸住靠近它的全部物質(zhì)，距“黑洞”60億千米的星體圍著黑洞旋轉(zhuǎn)，速度達(dá)到200m/s，即便是光子這種速度為光速也不能反射，設(shè)已知萬(wàn)有引力常量G=6.67×10-11N m2/kg2，要求求解“黑洞”的質(zhì)量和最大半徑是多少？

分析：結(jié)合題中信息，（1）距離黑洞60億千米的星體圍繞黑洞做的是圓周運(yùn)動(dòng)；（2）即使光子這樣速度為光速，也會(huì)被黑洞吸住不能反射。所以首先應(yīng)該建立形體饒黑洞的圓周運(yùn)動(dòng)模型，求出黑洞的質(zhì)量，然后根據(jù)第二點(diǎn)信息，將星體代替為光子，求出黑洞的最大半徑。

解：（1）設(shè)質(zhì)量分別為M、m的 “黑洞”和星體之間的距離為r，由：

3）問(wèn)題模型。對(duì)物理問(wèn)題進(jìn)行分析時(shí)，選擇的分析角度不一樣，就會(huì)導(dǎo)致最終建立的模型也不一樣。這種模型在實(shí)際應(yīng)用中得到廣泛應(yīng)用，如“導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)”“碰撞”等這類模型。

例4：“導(dǎo)體切割磁感線”的問(wèn)題模型：某處存在一個(gè)均勻分布的電磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，示于圖3，將單匝矩形線框abcd以垂直于磁感應(yīng)線的方向置于該勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，ab為線框可動(dòng)部分，現(xiàn)讓ab在時(shí)間Δt內(nèi)向右運(yùn)動(dòng)到a1b1處，速度為v，設(shè)ab的長(zhǎng)度為L(zhǎng)。

結(jié)論

綜上所述，我們可以知道模型法在中學(xué)物理解題中意義重大，模型法能夠?qū)?shí)際問(wèn)題理想化，幫助我們抓住復(fù)雜問(wèn)題的本質(zhì)，忽略次要干擾信息，能夠極大地提高我們對(duì)復(fù)雜物理知識(shí)及問(wèn)題的分析和求解能力。

參考文獻(xiàn)

[1]楊生強(qiáng).物理模型在高中物理解題中的應(yīng)用[J].數(shù)理化解題研究，2016（18）.

[2]李境祎.物理模型在高中物理解題中的作用探討[J].數(shù)理化解題研究，2016（31）：64.

[3]劉熠，胡夢(mèng)姣.例析中學(xué)物理解題中的構(gòu)建理想模型法[J].數(shù)理化學(xué)習(xí)（高中版），2008（1）：26-30.

[4]趙小峰.物理模型在解題中的應(yīng)用[J].中學(xué)物理，2011，29（13）：58-59.

[5]施曉紅.模型法在中學(xué)物理解題中的應(yīng)用[J].蘭州文理學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2005，19（4）：83-86.

[6]劉曉琳.例析高中物理解題中的理想模型法[J].中學(xué)生數(shù)理化（學(xué)研版），2017（2）：66.

（作者簡(jiǎn)介：周渝杰，綿陽(yáng)中學(xué)實(shí)驗(yàn)學(xué)校。）endprint