构建理想化模型

裴娅娅

物理学是研究物质运动规律的学科，实际物理现象都是十分复杂的，涉及很多因素。舍弃次要因素，抓住主要因素，从而突出客观事物的本质特征这种方法叫构建理想化物理模型。构建物理模型是一种研究问题的科学思维方法，可以使物理问题变简单。我把高中物理模型大致归为四类。

一、实物模型

实际物体在某些特定条件下可以抽象为理想研究对象，如质点、点电荷、轻绳、轻杆、轻弹簧等。

用来代替物体的有质量的点叫质点，如果实际物体的形状和大小在所研究的问题中影响不大从而可以忽略，就把实际物体简化为质点，例如在研究地球绕太阳的公转时可以把地球看做一个质点处理。

当带电体本身的大小和形状对研究的问题影响很小时可以将带电体视为点电荷，将理想模型的结果直接应用于实际物体。

轻绳、轻杆、轻弹簧这三种模型是由各种实际的绳、杆和弹簧抽象出来的理想化模型，共同特征是质量忽略不计，但是特性并不完全相同。

轻绳在受外力作用时不发生形变，其弹力特征为：（1）只能产生沿绳收缩方向的拉力；（2）内部张力处处相等；（3）拉力能突变。轻杆弹力特征为：（1）能提供拉力也能提供压力或支持力；（2）但力的方向不一定沿杆的方向（如果一端用铰链连接弹力才一定沿杆方向。）；（3）弹力可以突变。轻弹簧可以被压缩或拉伸，弹力的特征为：（1）能产生沿轴线方向的压力或拉力；（2）弹力方向与形变方向相反；（3）弹力不突变。

二、过程模型

在有些情况下要将实际问题忽略次要因素，考虑共同特征，使其过程理想化，如匀速直线运动、匀变速直线运动、匀速圆周运动、弹性碰撞等。

可以把汽车在平直公路上一段时间内的运动和火车的运动都简化为匀速直线运动。石子从楼顶释放后的运动简化成匀变速直线运动。

天体运动问题在高中阶段都简化为匀速圆周运动。匀速圆周运动特征为：（1）具有大小不变的合外力；（2）合外力方向与速度方向始终垂直；（3）由合外力提供向心力。还可以根据这些特征判断一个圆周运动是否匀速圆周运动。

在理想化情况下物体相碰后能够恢复形变，并且碰撞过程中没有动能损失，这种碰撞叫做弹性碰撞，是很典型的理想化模型。生活中，硬质木块之间碰撞或小钢球之间碰撞，碰撞过程中动能的损失很小，可以看成弹性碰撞。这种模型特点三 、情境模型

从生活情景出发，利用画图把情景过程展现出来，学生就会体验到物理就在生活中，让学生在情境中学习给枯燥的学习带来活力。情境模型有人船模型、平抛运动模型等。

一个原来处在静止状态的系统，当系统内的物体间发生相对运动，此过程中有一个方向上动量守恒，这种模型叫人船模型。模型特征为：（1）整个系统在水平方向动量守恒；（2）两物体速度，大小与质量成反比，方向总相反；（3）两物体同时运动同时停止。在解决人在静止的船上从船头走到船尾问题时就用这些特征列式求解。

平抛运动是典型的匀变速曲线运动，有关命题多但处理方法较固定，可以分解为水平方向的匀速直线运动和竖直方向的自由落体运动。模型成立条件：具有水平方向初速度，认为只受重力作用。如果有些物理情景符合以下条件：（1）受恒定合外力作用；（2）初速度方向与合力方向垂直。我们就把这类问题称为类平抛运动，如带电粒子在电场中的偏转，解决方法就是进行正交分解。

四、临界条件模型

相关的一些物理量存在制约关系，当物理现象变化到某一状态发生转折时就会出现临界现象，确定临界状态是解决临界问题的关键。临界状态既有前一种状态的特点又有后一种运动状态的特点起承前启后的转折作用。临界问题中常有“刚好”、“恰好”、“最大值”、“最小值”等标记性词语。

竖直平面内圆周运动是典型的临界问题，一般是变速圆周运动，运动的速度大小和方向在不断发生变化，运动过程复杂，合外力不仅要改变运动方向，还要改变速度大小，所以一般不研究任意位置的情况，只研究特殊的临界位置——最高点。

1.轻绳类。运动质点在一轻绳的作用下绕中心点作变速圆周运动。因为绳子只能提供拉力而不能提供支持力，质点在最高点所受的合力不能为零，合力的最小值是物体的重力。所以（1）质点过最高点的临界条件：质点达最高点时绳子的拉力，杆对质点有指向圆心的拉力，且拉力随速度的增大而增大。

物理学可以说是一门模型课，研究对象无论是实际物体还是物理过程或是物理情境大多是理想化模型。求解物理问题很重要的方法就是把实际问题简化为物理模型，我们掌握了这种基本方法就能提高解题效率。endprint

物理学是研究物质运动规律的学科，实际物理现象都是十分复杂的，涉及很多因素。舍弃次要因素，抓住主要因素，从而突出客观事物的本质特征这种方法叫构建理想化物理模型。构建物理模型是一种研究问题的科学思维方法，可以使物理问题变简单。我把高中物理模型大致归为四类。

一、实物模型

实际物体在某些特定条件下可以抽象为理想研究对象，如质点、点电荷、轻绳、轻杆、轻弹簧等。

用来代替物体的有质量的点叫质点，如果实际物体的形状和大小在所研究的问题中影响不大从而可以忽略，就把实际物体简化为质点，例如在研究地球绕太阳的公转时可以把地球看做一个质点处理。

当带电体本身的大小和形状对研究的问题影响很小时可以将带电体视为点电荷，将理想模型的结果直接应用于实际物体。

轻绳、轻杆、轻弹簧这三种模型是由各种实际的绳、杆和弹簧抽象出来的理想化模型，共同特征是质量忽略不计，但是特性并不完全相同。

轻绳在受外力作用时不发生形变，其弹力特征为：（1）只能产生沿绳收缩方向的拉力；（2）内部张力处处相等；（3）拉力能突变。轻杆弹力特征为：（1）能提供拉力也能提供压力或支持力；（2）但力的方向不一定沿杆的方向（如果一端用铰链连接弹力才一定沿杆方向。）；（3）弹力可以突变。轻弹簧可以被压缩或拉伸，弹力的特征为：（1）能产生沿轴线方向的压力或拉力；（2）弹力方向与形变方向相反；（3）弹力不突变。

二、过程模型

在有些情况下要将实际问题忽略次要因素，考虑共同特征，使其过程理想化，如匀速直线运动、匀变速直线运动、匀速圆周运动、弹性碰撞等。

可以把汽车在平直公路上一段时间内的运动和火车的运动都简化为匀速直线运动。石子从楼顶释放后的运动简化成匀变速直线运动。

天体运动问题在高中阶段都简化为匀速圆周运动。匀速圆周运动特征为：（1）具有大小不变的合外力；（2）合外力方向与速度方向始终垂直；（3）由合外力提供向心力。还可以根据这些特征判断一个圆周运动是否匀速圆周运动。

在理想化情况下物体相碰后能够恢复形变，并且碰撞过程中没有动能损失，这种碰撞叫做弹性碰撞，是很典型的理想化模型。生活中，硬质木块之间碰撞或小钢球之间碰撞，碰撞过程中动能的损失很小，可以看成弹性碰撞。这种模型特点三 、情境模型

从生活情景出发，利用画图把情景过程展现出来，学生就会体验到物理就在生活中，让学生在情境中学习给枯燥的学习带来活力。情境模型有人船模型、平抛运动模型等。

一个原来处在静止状态的系统，当系统内的物体间发生相对运动，此过程中有一个方向上动量守恒，这种模型叫人船模型。模型特征为：（1）整个系统在水平方向动量守恒；（2）两物体速度，大小与质量成反比，方向总相反；（3）两物体同时运动同时停止。在解决人在静止的船上从船头走到船尾问题时就用这些特征列式求解。

平抛运动是典型的匀变速曲线运动，有关命题多但处理方法较固定，可以分解为水平方向的匀速直线运动和竖直方向的自由落体运动。模型成立条件：具有水平方向初速度，认为只受重力作用。如果有些物理情景符合以下条件：（1）受恒定合外力作用；（2）初速度方向与合力方向垂直。我们就把这类问题称为类平抛运动，如带电粒子在电场中的偏转，解决方法就是进行正交分解。

四、临界条件模型

相关的一些物理量存在制约关系，当物理现象变化到某一状态发生转折时就会出现临界现象，确定临界状态是解决临界问题的关键。临界状态既有前一种状态的特点又有后一种运动状态的特点起承前启后的转折作用。临界问题中常有“刚好”、“恰好”、“最大值”、“最小值”等标记性词语。

竖直平面内圆周运动是典型的临界问题，一般是变速圆周运动，运动的速度大小和方向在不断发生变化，运动过程复杂，合外力不仅要改变运动方向，还要改变速度大小，所以一般不研究任意位置的情况，只研究特殊的临界位置——最高点。

1.轻绳类。运动质点在一轻绳的作用下绕中心点作变速圆周运动。因为绳子只能提供拉力而不能提供支持力，质点在最高点所受的合力不能为零，合力的最小值是物体的重力。所以（1）质点过最高点的临界条件：质点达最高点时绳子的拉力，杆对质点有指向圆心的拉力，且拉力随速度的增大而增大。

物理学可以说是一门模型课，研究对象无论是实际物体还是物理过程或是物理情境大多是理想化模型。求解物理问题很重要的方法就是把实际问题简化为物理模型，我们掌握了这种基本方法就能提高解题效率。endprint

物理学是研究物质运动规律的学科，实际物理现象都是十分复杂的，涉及很多因素。舍弃次要因素，抓住主要因素，从而突出客观事物的本质特征这种方法叫构建理想化物理模型。构建物理模型是一种研究问题的科学思维方法，可以使物理问题变简单。我把高中物理模型大致归为四类。

一、实物模型

实际物体在某些特定条件下可以抽象为理想研究对象，如质点、点电荷、轻绳、轻杆、轻弹簧等。

用来代替物体的有质量的点叫质点，如果实际物体的形状和大小在所研究的问题中影响不大从而可以忽略，就把实际物体简化为质点，例如在研究地球绕太阳的公转时可以把地球看做一个质点处理。

当带电体本身的大小和形状对研究的问题影响很小时可以将带电体视为点电荷，将理想模型的结果直接应用于实际物体。

轻绳、轻杆、轻弹簧这三种模型是由各种实际的绳、杆和弹簧抽象出来的理想化模型，共同特征是质量忽略不计，但是特性并不完全相同。

轻绳在受外力作用时不发生形变，其弹力特征为：（1）只能产生沿绳收缩方向的拉力；（2）内部张力处处相等；（3）拉力能突变。轻杆弹力特征为：（1）能提供拉力也能提供压力或支持力；（2）但力的方向不一定沿杆的方向（如果一端用铰链连接弹力才一定沿杆方向。）；（3）弹力可以突变。轻弹簧可以被压缩或拉伸，弹力的特征为：（1）能产生沿轴线方向的压力或拉力；（2）弹力方向与形变方向相反；（3）弹力不突变。

二、过程模型

在有些情况下要将实际问题忽略次要因素，考虑共同特征，使其过程理想化，如匀速直线运动、匀变速直线运动、匀速圆周运动、弹性碰撞等。

可以把汽车在平直公路上一段时间内的运动和火车的运动都简化为匀速直线运动。石子从楼顶释放后的运动简化成匀变速直线运动。

天体运动问题在高中阶段都简化为匀速圆周运动。匀速圆周运动特征为：（1）具有大小不变的合外力；（2）合外力方向与速度方向始终垂直；（3）由合外力提供向心力。还可以根据这些特征判断一个圆周运动是否匀速圆周运动。

在理想化情况下物体相碰后能够恢复形变，并且碰撞过程中没有动能损失，这种碰撞叫做弹性碰撞，是很典型的理想化模型。生活中，硬质木块之间碰撞或小钢球之间碰撞，碰撞过程中动能的损失很小，可以看成弹性碰撞。这种模型特点三 、情境模型

从生活情景出发，利用画图把情景过程展现出来，学生就会体验到物理就在生活中，让学生在情境中学习给枯燥的学习带来活力。情境模型有人船模型、平抛运动模型等。

一个原来处在静止状态的系统，当系统内的物体间发生相对运动，此过程中有一个方向上动量守恒，这种模型叫人船模型。模型特征为：（1）整个系统在水平方向动量守恒；（2）两物体速度，大小与质量成反比，方向总相反；（3）两物体同时运动同时停止。在解决人在静止的船上从船头走到船尾问题时就用这些特征列式求解。

平抛运动是典型的匀变速曲线运动，有关命题多但处理方法较固定，可以分解为水平方向的匀速直线运动和竖直方向的自由落体运动。模型成立条件：具有水平方向初速度，认为只受重力作用。如果有些物理情景符合以下条件：（1）受恒定合外力作用；（2）初速度方向与合力方向垂直。我们就把这类问题称为类平抛运动，如带电粒子在电场中的偏转，解决方法就是进行正交分解。

四、临界条件模型

相关的一些物理量存在制约关系，当物理现象变化到某一状态发生转折时就会出现临界现象，确定临界状态是解决临界问题的关键。临界状态既有前一种状态的特点又有后一种运动状态的特点起承前启后的转折作用。临界问题中常有“刚好”、“恰好”、“最大值”、“最小值”等标记性词语。

竖直平面内圆周运动是典型的临界问题，一般是变速圆周运动，运动的速度大小和方向在不断发生变化，运动过程复杂，合外力不仅要改变运动方向，还要改变速度大小，所以一般不研究任意位置的情况，只研究特殊的临界位置——最高点。

1.轻绳类。运动质点在一轻绳的作用下绕中心点作变速圆周运动。因为绳子只能提供拉力而不能提供支持力，质点在最高点所受的合力不能为零，合力的最小值是物体的重力。所以（1）质点过最高点的临界条件：质点达最高点时绳子的拉力，杆对质点有指向圆心的拉力，且拉力随速度的增大而增大。

物理学可以说是一门模型课，研究对象无论是实际物体还是物理过程或是物理情境大多是理想化模型。求解物理问题很重要的方法就是把实际问题简化为物理模型，我们掌握了这种基本方法就能提高解题效率。endprint