构建模型在物理解题中的应用

宋凤川

摘 要： 所谓物理模型就是人们为了研究物理问题的方便和探讨事物的本质，通过对各种实和现象的分析、综合、比较、分类等思维过程，根据研究对象和问题的特点，抓主要因素，忽略次要因素，对研究对象所进行的一种简化的描述和模拟。构建模型，应用规律，是解题的关键，合理的物理模型是解决物理问题的一种行之有效的方法。

关键词： 物理模型 创造性思维 分解速度

应用模型物理模型是一种理想化的物理形态，是物理知识的直观显现。构建模型就是把实际问题进行简化，简化为理论上的东西，比如在教运动学的时候，不研究汽车本身，你就可以把汽车简化为一个点的运动的模型，比如卫星运动，你有时候可以简化成圆周运动等，就是把实践问题中的一些不必要的东西简化，留下与你要求的东西相关的东西，比如研究杠杆，题目是用钢板翘你可以简化为一根杆等。通常所说的明确物理过程，把过程转化为一幅清晰的物理图景，就是为了构建物理模型，针对模型的特征，利用相应的规律解决。当我们说“这是哪一类问题时”，实际上就隐含着这是“属于哪一类物理模型”的意思。

建立物理模型（简称“建模”），就是将实际问题中的具体的、表面纷繁复杂的研究对象或物理过程，去除表面现象、深入本质，将其归纳、转化为简单的我们熟知的一些具有代表性的、理想化的模型，这样就可以顺利地利用我们已有的知识、方法，处理这一实际的问题。例如，我们要研究某一列动车组从南京直达上海用了多少时间，由于动车的长度跟沪宁之间的距离相比，可以忽略不计；动车各部分的运动差异，也对我们研究的问题没有影响，我们可以把这列动车看做是一个理想化的模型——质点；而动车沿途的运动过程虽然很复杂，但一般可以简化为加速、匀速、减速的理想过程，这样研究动车运动问题就简单、方便了。

质点是最常见的力学模型，点电荷是研究静电场的模型、点光源是光学问题的模型；理想气体是热学的物理模型，弹簧振子、单摆是简谐运动的模型，卢瑟福的原子结构是行星模型。具体处理物理问题时，可以根据特征构建相应模型。例如弹簧模型、斜面模型、反冲模型、竖直面圆周运动模型、块板模型、活塞气缸模型、线圈磁场模型等。模型特征越明显，解决时就越容易。因此，抓特征是构建模型的关键，而构建模型的过程、类比、等效等方法十分有用，在高中物理总复习阶段，我有意识地将所面对的问题构建成相应的模型，收到较好的效果。

在理解概念的基础上，物理解题要经过把实际问题模型化，最后再还原的过程。之所以要模型化，是因为客观世界中物体间的相互作用相当复杂，我们不可能面面俱到。因此，在分析和研究物理现象时要忽略物理过程中的次要因素，抓住主要矛盾进行抽象，得出物理模型——理想模型。目前理想模型的分类，说法不一，我认为理想模型主要有五种类型：一是实体模型：如质点、刚体、理想气体、点电荷、点光源、光线等。二是介质模型，如轻弹簧、轻绳、轻杆、机械波等。三是条件模型，如光滑，阻力不计等。四是系统模型，如绝热系统、动量守恒系统、简谐运动系统等。五是（运动）过程模型，如匀速直线运动、匀变速直线运动、平抛运动、竖直上抛运动、斜抛运动、爆炸、弹性碰撞、完全非弹性碰撞等。

理想模型是客观世界找不到或很难找到，但又非常有用的模型。正确运用理想模型，可以使复杂问题的解决过程大大简化，并降低难度。但是理想模型是在一定条件下抽象的，所以一定要注意适用范围。例如，在研究地球绕太阳公转时可把地球视为质点，而研究地区的自转时就不能把它看做质点。又如，实际气体在温度不太低、压强不太大的情况下才可以视为理想气体，超出这个范围，就不能再把实际气体看成理想气体。对系统模型也是一样，比如绝热系统，由于现实中根本不存在绝热系统，只有当气体状态变化很快，系统来不及和外界发生大量热交换的情况下才可以视为绝热系统。同样，对过程模型，也要注意其适用条件和范围，比如物体在地面附近水平抛出可视为平抛运动，离地面太远时重力是一个变量就不能看成平抛运动。

准确把握物理模型的特点，对我们正确解题时十分有帮助的。比如，轻绳和轻杆连接着物体在竖直平面圆周运动，我们如果知道杆既能拉又能压，而绳只能提供拉力这些特点，在最高点的最小速度就很容易判断。在解决复杂得多的问题时，可以把分解成许多小的过程模型，并且注意速度是前后两个过程的衔接量，使一个复杂问题变得非常清晰、简单。那么，何为物理建模思想？物理建模思想就是我们常常在碰到问题的时候，不是直接构建概念去处理，而是先放开与之无关的因素或者是影响很小的次要因素，抓住主要因素，透过问题的表象澄清事物的本质，利用理想化的概念模型构建解决和处理实际问题的一种思维体系的思想，诸如质点、单摆、轻杆、理想气体、点电荷等。我们在理解这些概念时，很难把握其实质，而构建概念模型思想则是一种高效解决问题的思维模式。正确物理模型思想构建最大的益处是对我们的思维发展、处理问题的能力及我们的健康成长和今后的发展占据重要的地位与决定性的作用。

那么，如何培养学生构建物理建模思想呢？培养“物理建模思想”是一个创造性过程，对物理模型的认识和理解是一个创造性的过程、一个培养创新思维能力的过程。可见引导我们真正认识和理解甚至构建“物理模型”的思想，是培养创造性思维和创新能力的必要的有效的途径。从日常学习体会到，培养“物理建模思想”可以从以下的渐进过程进行。物理建模思想构建第一步：利用实体映射影像构建模型存储。物理中的某些客观实体，如静放在水平桌面上的粉笔盒，引导我们观察它的各个点的运动情况和整个粉笔盒的运动情况。物理建模思想构建第二步：利用对比重主忽次构建模型存储。物理建模思想构建第三步：知识升化状态-过程构建模型存储。物理建模思想构建第四步：知识类化理想实验构建模型存储。“物理建模思想构建”是非常重要的，更重要的是引导我们领悟这种思索过程，感受这种思想的建构过程。

总之，对概念和模型的掌握，是学习物理解题不可或缺的重要环节，只有真正理解和掌握物理概念和模型，才能在物理解题中统揽全局，成为物理解题的行家里手。

参考文献：

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