高考物理中理想化模型構建策略及運用

【摘要】隨著高考改革的不斷深入，高考物理試題注重科學思維能力和物理思維方法的考查，命題從知識立意向能力立意轉變，本文試從幾個角度來探討如何在高考物理的實際情景中正確建立物理模型。

【關鍵詞】高考物理；物理模型；建模

從物理學的角度來看，構建模型就是將我們要研究的物理對象、條件或物理過程通過抽象化、理想化、簡化和類比等方法形成物理模型，簡稱“建模”。建模是解決物理問題的重要而又基本的科學思維方法，通過對物理現象或過程進行“去偽存真”、“去次取主”、“化繁為簡”的處理，從而尋找出反映物理現象或物理過程的內在本質及規律實現認識問題的目的。

本文試從幾個角度來探討如何在高考物理的實際情景中正確建立物理模型方法。

一、用類比方法構建物理模型

在物理學的研究中，人們發現有許多物理現象，他們彼此之間存在著許多相同或相似的物理屬性，由此，人們推測他們之間也存在著一些另外的物理屬性，從而建立起相應的物理模型，既由原型A（未知）與原型B（已知）類似推測原型A的模型A′與原型B的模型B′也類似。

例1、在節日的晚上，大城市都會打開探照燈來增加節日的氣氛。假設某城市上空有一水平云層，探照燈離云層的豎直高度為h，開始時光束豎直向上射出，現使光束（假定光束不會發散）在豎直平面以角速度ω勻速旋轉，當從開始旋轉30°時(圖1)射到水平云層上的亮斑的速度多大？

【剖析】本題看似一光學題，但實質上是一力學題。通過類比，可發現與力學中的原型（圖2）有著驚人的相似規律。

【解析】設光斑沿水平云層的實際速度為V，由運動的合成與分解規律，將V分解成如圖3所示：

V為沿光束方向上的分速度，V是垂直光束方向上的分速度；

【評析】用聯系的觀點，靈活、巧妙移植相近物理模型，用等效的方法把握問題的本質和規律，可以達到“山窮水盡疑無路，柳暗花明又一村”的境界。

二、用理想化方法構建物理模型

理想化方法是構建物理模型最主要的一種方法，通過對要研究的物理現象加以簡化，抓住主要因素，忽略次要因素，即將其理想化，找出他們在理想狀況下所遵循的基本規律，并構建出相應的物理模型。

例2、(2004高考理綜III，第23題)一水平放置的水管，距地面高h＝l.8m，管內橫截面積S＝2.0cm。有水從管口處以不變的速度v＝2.0m/s源源不斷地沿水平方向射出，設出口處橫截面上各處水的速度都相同，并假設水流在空中不散開。取重力加速度g＝10m／s，不計空氣阻力。求水流穩定后在空中有多少立方米的水。

【剖析】

實際問題物理模型

研究對象：連續不斷的水流 實體模型：質點

簡化（一小段一小段的水）

研究條件：不計空氣阻力條件模型：只受重力

研究過程：沿水平方向射出直到地面過程模型：平拋運動

【解析】以t表示由管口處落到地面所用時間

單位時間里面噴出的水量為

空中水的總量應為

【評析】這是一個涉及連續體（流體）的實際問題，通過簡化把水流抽象成質點模型，再應用相應規律解得問題。但要注意在模型的構建過程中要注意具體情景具體分析，思維不能單一，防止生搬硬套。比如在某些問題中連續體也可抽象成柱狀模型、棒狀模型等。

用理想化方法構建物理模型主要有以下幾個方面：一是將物質形態自身理想化，對象模型就是由此得到的，如剛體、理想彈簧等；二是將所處的條件理想化，條件模型主要就是由此方法建立起來的。如光滑、絕熱等；三是將運動變化過程理想化。如勻速圓周運動、等壓過程等。理想過程模型主要是由此方法建立起來的；其四是將物理實驗理想化，包括將實驗條件理想化、實驗器材理想化等。

可見，高考試題也是由命題者根據一定的物理模型加上一些具體情景而編擬出來的，所以在教學中除了要向學生多介紹建模的方法外，還要注意培訓學生建模的意識，不僅是因為構建物理模型是解答實際問題的關鍵，更重要的是在教學中通過構建物理模型教給學生學習物理的思想方法，培養學生的創新意識和發現問題、解決問題的能力。

【參考文獻】

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（作者單位：重慶市酉陽第一中學）

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