模型法在高中物理解题中的应用

吴素香

摘 要：在高中阶段的教学中，物理学科是一门抽象学科，学生学习难度比较大，特别是物理解题中，需要学生掌握有效的解题方式。在实际的物理解题中，题目类型千变万化，非常复杂，从本质上来说，是根据一定的物理模型设计的。模型法作为一种有效的解题方式，即对题目本质进行分析，结合其模型进行解题。借助模型法解题，降低物理习题解答难度，实现物理知识和模型的结合，保证学生课堂学习效果。本文就模型法在高中物理解题中的应用进行研究。

关键词：模型法;高中物理解题;原则;类型;应用策略

模型法就是根据题目中的条件，将一些表面的和次要条件进行忽略，将复杂的物理现象，通过简单的、理想化模型代替，对问题进行思考和解答。在高中物理解题中，利用模型法，明确解题思路，是解题中的关键一步。在高中物理解题中，通过构建模型，降低题目解答难度，让学生利用所学知识进行思考和解答，提高学生解题效果和质量。

一、高中物理解题中模型构建的原则

在高中物理中，模型构建是将抽象知识内容形象化，降低知识理解难度。借助模型构建，强化学生空间想象能力，因此，在模型构建时，应当遵循相应的原则，完成问题的思考和解答。第一，模型构建时应当突出主要问题。在解题中，模型构建的主要目的是解答，应当将基本知识转化成模型，借助模型展示问题。在模型构建过程中，需要对干扰因素进行分析，找出其中的关键词，实现物理问题的简化。第二，模型的客观存在性原则。物理学科是一门理科学科，具有严谨性的特点，在模型构建时，将模型和知识依附于问题，避免出现主观臆测的情况，使得模型不能够发挥其解题作用，出现模型不准确的情况。第三，科学化原则。模型构建过程的本质是科学实践过程，在构建模型时，应当遵循科学原则，不能够为了降低理解难度，忽视其客观理论。

二、高中物理解题中模型类型分析

（一）实体模型。实体模型是高中物理教学中常见的模型，如：力学中的质点、杠杆、轻质弹簧、单摆等;热学中的弹性球分子模型、理想气体等;电学中的试验电荷、理想导体、绝缘体等;光学中的薄透镜、原子的核式结构模型等。在此种模型用于高中物理解题时，应当紧抓事物主要因素，构建相应的实物模型，完成物理问题的有效解答。如图1所示，在水平位置上放置四个完全相同的弹簧，在其右端的拉力为F，左端的情况不同;①中弹簧左端在墙上固定;②中弹簧左端受到大小为F的拉力作用;③中弹簧左端系一物块，且在光滑桌面滑动;④中弹簧系一物块，在有摩擦的桌面滑动。如果弹簧质量是零，那么四个弹簧伸长量比较中，有（ ）

在此题目中，弹簧是研究对象，并且假设弹簧质量是零，那么弹簧属于理想性实物模型。在弹簧右端都存在拉力F，那么弹簧上任意一点都受到拉力F的作用，和右端是否存在接触物无关。根据牛顿第三定律的本质，对研究对象进行明确划分，因为弹簧质量是零，那么弹簧受到的合力是零。根据作用力和反作用力知识，四种情况中弹簧的力都是F，其弹簧伸长长度相同，因此，选项D正确。

（二）过程模型。过程模型主要是指具体物理过程理想化抽象出来的物理过程。自然界中事物的变化非常复杂，物理学研究时，并不能做到面面俱到。因此，需要分清主次，忽略其次要因素，结合主要因素构建理想模型，如匀速直线运动、匀变速直线运动、匀速圆周运动、自由落体运动、恒定电流等，通过突出其主要特征，忽略次要过程，抽象出理想过程。例题：如图2所示，将物体B和物体C通过劲度系数为K的轻弹簧连接，将它们竖直静止放置在水平地面，物体A从物体B正上方H0处静止释放，下落之后和物体B碰撞，加入三个物体质量都是M，重力加速度为g，忽略物体自身高度和空气阻力。1.求解A与B碰撞之后的瞬间速度;2.当A和B运动到最大速度时，求解C对地面的压力;3.开始时，A距离B多高时，可以在之后的运动中让C恰好离开地面。

在问题1的解答中，假设A碰撞B之前的速度是V1，在下落过程中，根据机械能守恒定律，计算出V1。假设碰撞之后的速度是v2，根据动量守恒定律，计算出v2。问题2的解答中，当A、B达到最大速度，A、B受到的合外力是零，假设弹力是F，A、B受力平衡，计算出F=2Mg，假设地面对C的支撑力是FN，因为弹簧两端弹力大小一样，因此，弹簧对C的作用力是F，所以FN=F+Mg=3Mg，根据牛顿第三定律得出C对地面的压力是3Mg。问题3解答时，假设A距离B的高度是H，根据机械能守恒定律和动量守恒定理，接触A、B膨胀之后的速度。结合弹簧伸长量进行计算，求解出高度H。在此题解答时需要对AB整体运动进行运动模型构建，完成问题思考和解答。

（三）试题模型。在高中物理解题中，题目分析本质上来说是寻找知识点之间的联系，题目可以存在很多变化，但是，联系形式是有限的，通过对联系形式进行归纳和整理，构建相应的试题模型，不同的试题模型有其特点和解决方式。如牛顿运动定律的应用中，题目类型中有已知运动情况对受力情况进行分析，或者是已知受力情况对运动情况进行分析，虽然题目有很多变化，可以对其运动情况进行定性分析，总结成相应的题型。

例题：在矩形abcd的线框中，其面积是s，通有电流I，并且一个磁感应强度为B的匀强磁场穿过，假设磁感应强度B和线框边呈60°夹角。求解矩形边框受到的安培力。

在解题时，需要根据题目内容，对题目条件进行分析，构建相应的磁场模型，判断属于安培力模型或是洛伦兹力模型。根据两种磁场模型的特点，深入分析。通过分析安培力产生条件，根据所学知识内容，边框上下没有安培力的作用，那么之后左右两边受到相同安培力的作用，结合安培力计算公式，完成相应的计算。在解题中，此种类型题目是常见的题目，常常会由于分析遗漏出现错误。因此，在分析时，应当认真细致，考虑全面，完成物理问题的思考和解答。

三、模型法在高中物理解题中的应用策略

（一）构建抽象模型，化繁为简。物理和生活密切相关，在新课程改革理念下，注重物理向生活回归，也是新高考制度的体现。以教材内容作为基础，注重知识和能力融合，引入一些生活化的题目，常常利用生活中常见的事物，进行物理题目设计。在解题过程中，需要將其进行抽象还原，构建理想化的物理模型，如盘山公路可以看作是斜面，自行车是轮轴，自动装卸则是杠杆等。例题：某个小学生的质量是30kg，在玩秋千时，秋千距离横梁2.5米，小学生父亲从秋千最低点拉起1.25米高，之后从静止进行释放，小学生沿圆弧运动到最低点，求解小学生对秋千板的压力。在此题解答时，需要对秋千进行合理简化，构建具有一定约束条件的物理模型，将小学生看作质点，将秋千运动看作非匀速圆周运动，寻找问题解答关键点，快速有效完成解题。

（二）构建类比模型，化难为易。在高中物理解题中，有些物理题目看似非常困难，需要构建非常复杂的模型，其实这些模型是以以往模型作为基础进行发展变化的，引导学生利用对比和联想的方式，寻找物理知识和题目信息的联系点，将复杂的物理问题进行转化，借助有效的、理想的物理模型进行思考解题，将新问题借助熟悉的模型进行解决，提高学生物理解题能力。例题：根据天文学家的观察研究，银河系中有可能存在一定非常大的“黑洞”，距离“黑洞”60亿千米的星体以2000km/s的速度围绕“黑洞”旋转，接近“黑洞”的物质，计算速度和光速相同，也依然会被引力作用吸引，尝试计算出“黑洞”的最大半径。

在高中物理教学中，并没有针对“黑洞”的相关讲解，是一个新的难题，根据题目中的信息，星体围绕“黑洞”旋转，那么星体围绕“黑洞”做圆周运动，其向心力源自于万有引力，根据万有引力的相关定律，可以得出“黑洞”属于有质量的天体。假设“黑洞”和星体的质量分别是M和m，两者之间的距离是R，根据万有引力定律和向心力公式，可以得出GM=v²r，在题目中还有这样的信息，等于光速的物体逃脱不了“黑洞”的引力范围。根据这样的信息进行假设，假设速度和光速相同的物体恰好没有被吸入，结合近地卫星绕地球做圆周运动，通过类比模型构建，可以计算出GM=c²r，可以得出r=2.7×108m。在高中物理解题中，注重学生创新能力培养，引入类比模型解题，将陌生题目通过熟悉模型解答，保证解题效率。

（三）构建数学模型，化此为彼。物理模型和客观事物具有一定的类似性，对客观事物进行同等数量的描写，借助物理对象构建相应的数学模型。在实际的高中物理解题中，将物理模型和数学模型结合，实现物理问题向数学问题的转化，利用数学方法进行推理和计算，之后还原成物理结论。在高中物理解题中，对于一些复杂的习题，可以巧妙利用数学方法，提高学生解题效率。例题：有三颗星体构成的系统，忽略其他星体的作用，存在一种运动形式，三颗星体在相互的万有引力作用下，分別位于等边三角形的三个顶点上，绕着共同的圆心，在三角形所在平台做角速度相同的圆周运动，如图3所示。如果A星体质量是2m，B、C两个星体的质量均是m，三角形边长是a，1.求解A、B两个星体受到的合力FA和FB。2.求解C星体的轨道半径，以及三星体做圆周运动的周期。在解题时，可以构建相应的几何图形，利用三角函数的余弦定理，解决物理力的问题，借助三角形相似原理，分析物理数据关系。通过数学思维思考和解决物理问题，将数学和物理联系在一起，利用模型法思考和解答问题，提高课堂教学效果。

结束语

物理学科是一门逻辑性强的自然科学，如果仅仅依靠重复训练或者生搬硬套的方式，不利于学生解题能力的培养，难以提高学生知识的应用能力。模型法作为一种有效的解题方式，在高中物理解题中应用，能够帮助学生分析题目信息，明确解题思路，寻找问题突破点。作为高中学生，需要掌握模型法在解题中的应用技巧，做到灵活使用，培养学生创新思维。在实际的高中物理解题教学中，教师需要让学生了解模型构建的类型，引导学生掌握多种模型法应用方法，保证学生解题能力得到进一步提升。

参考文献

[1]黄璟.例谈建模方法在高中物理解题中的应用[J].数理化解题研究：高中版，2017.

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[3]周渝杰.模型法在中学物理解题中的应用[J].科学家，2017，5（22）：74-76.