構建理想化模型

裴婭婭

物理學是研究物質運動規律的學科，實際物理現象都是十分復雜的，涉及很多因素。舍棄次要因素，抓住主要因素，從而突出客觀事物的本質特征這種方法叫構建理想化物理模型。構建物理模型是一種研究問題的科學思維方法，可以使物理問題變簡單。我把高中物理模型大致歸為四類。

一、實物模型

實際物體在某些特定條件下可以抽象為理想研究對象，如質點、點電荷、輕繩、輕桿、輕彈簧等。

用來代替物體的有質量的點叫質點，如果實際物體的形狀和大小在所研究的問題中影響不大從而可以忽略，就把實際物體簡化為質點，例如在研究地球繞太陽的公轉時可以把地球看做一個質點處理。

當帶電體本身的大小和形狀對研究的問題影響很小時可以將帶電體視為點電荷，將理想模型的結果直接應用于實際物體。

輕繩、輕桿、輕彈簧這三種模型是由各種實際的繩、桿和彈簧抽象出來的理想化模型，共同特征是質量忽略不計，但是特性并不完全相同。

輕繩在受外力作用時不發生形變，其彈力特征為：（1）只能產生沿繩收縮方向的拉力；（2）內部張力處處相等；（3）拉力能突變。輕桿彈力特征為：（1）能提供拉力也能提供壓力或支持力；（2）但力的方向不一定沿桿的方向（如果一端用鉸鏈連接彈力才一定沿桿方向。）；（3）彈力可以突變。輕彈簧可以被壓縮或拉伸，彈力的特征為：（1）能產生沿軸線方向的壓力或拉力；（2）彈力方向與形變方向相反；（3）彈力不突變。

二、過程模型

在有些情況下要將實際問題忽略次要因素，考慮共同特征，使其過程理想化，如勻速直線運動、勻變速直線運動、勻速圓周運動、彈性碰撞等。

可以把汽車在平直公路上一段時間內的運動和火車的運動都簡化為勻速直線運動。石子從樓頂釋放后的運動簡化成勻變速直線運動。

天體運動問題在高中階段都簡化為勻速圓周運動。勻速圓周運動特征為：（1）具有大小不變的合外力；（2）合外力方向與速度方向始終垂直；（3）由合外力提供向心力。還可以根據這些特征判斷一個圓周運動是否勻速圓周運動。

在理想化情況下物體相碰后能夠恢復形變，并且碰撞過程中沒有動能損失，這種碰撞叫做彈性碰撞，是很典型的理想化模型。生活中，硬質木塊之間碰撞或小鋼球之間碰撞，碰撞過程中動能的損失很小，可以看成彈性碰撞。這種模型特點三 、情境模型

從生活情景出發，利用畫圖把情景過程展現出來，學生就會體驗到物理就在生活中，讓學生在情境中學習給枯燥的學習帶來活力。情境模型有人船模型、平拋運動模型等。

一個原來處在靜止狀態的系統，當系統內的物體間發生相對運動，此過程中有一個方向上動量守恒，這種模型叫人船模型。模型特征為：（1）整個系統在水平方向動量守恒；（2）兩物體速度，大小與質量成反比，方向總相反；（3）兩物體同時運動同時停止。在解決人在靜止的船上從船頭走到船尾問題時就用這些特征列式求解。

平拋運動是典型的勻變速曲線運動，有關命題多但處理方法較固定，可以分解為水平方向的勻速直線運動和豎直方向的自由落體運動。模型成立條件：具有水平方向初速度，認為只受重力作用。如果有些物理情景符合以下條件：（1）受恒定合外力作用；（2）初速度方向與合力方向垂直。我們就把這類問題稱為類平拋運動，如帶電粒子在電場中的偏轉，解決方法就是進行正交分解。

四、臨界條件模型

相關的一些物理量存在制約關系，當物理現象變化到某一狀態發生轉折時就會出現臨界現象，確定臨界狀態是解決臨界問題的關鍵。臨界狀態既有前一種狀態的特點又有后一種運動狀態的特點起承前啟后的轉折作用。臨界問題中常有“剛好”、“恰好”、“最大值”、“最小值”等標記性詞語。

豎直平面內圓周運動是典型的臨界問題，一般是變速圓周運動，運動的速度大小和方向在不斷發生變化，運動過程復雜，合外力不僅要改變運動方向，還要改變速度大小，所以一般不研究任意位置的情況，只研究特殊的臨界位置——最高點。

1.輕繩類。運動質點在一輕繩的作用下繞中心點作變速圓周運動。因為繩子只能提供拉力而不能提供支持力，質點在最高點所受的合力不能為零，合力的最小值是物體的重力。所以（1）質點過最高點的臨界條件：質點達最高點時繩子的拉力，桿對質點有指向圓心的拉力，且拉力隨速度的增大而增大。

物理學可以說是一門模型課，研究對象無論是實際物體還是物理過程或是物理情境大多是理想化模型。求解物理問題很重要的方法就是把實際問題簡化為物理模型，我們掌握了這種基本方法就能提高解題效率。endprint

物理學是研究物質運動規律的學科，實際物理現象都是十分復雜的，涉及很多因素。舍棄次要因素，抓住主要因素，從而突出客觀事物的本質特征這種方法叫構建理想化物理模型。構建物理模型是一種研究問題的科學思維方法，可以使物理問題變簡單。我把高中物理模型大致歸為四類。

一、實物模型

實際物體在某些特定條件下可以抽象為理想研究對象，如質點、點電荷、輕繩、輕桿、輕彈簧等。

用來代替物體的有質量的點叫質點，如果實際物體的形狀和大小在所研究的問題中影響不大從而可以忽略，就把實際物體簡化為質點，例如在研究地球繞太陽的公轉時可以把地球看做一個質點處理。

當帶電體本身的大小和形狀對研究的問題影響很小時可以將帶電體視為點電荷，將理想模型的結果直接應用于實際物體。

輕繩、輕桿、輕彈簧這三種模型是由各種實際的繩、桿和彈簧抽象出來的理想化模型，共同特征是質量忽略不計，但是特性并不完全相同。

輕繩在受外力作用時不發生形變，其彈力特征為：（1）只能產生沿繩收縮方向的拉力；（2）內部張力處處相等；（3）拉力能突變。輕桿彈力特征為：（1）能提供拉力也能提供壓力或支持力；（2）但力的方向不一定沿桿的方向（如果一端用鉸鏈連接彈力才一定沿桿方向。）；（3）彈力可以突變。輕彈簧可以被壓縮或拉伸，彈力的特征為：（1）能產生沿軸線方向的壓力或拉力；（2）彈力方向與形變方向相反；（3）彈力不突變。

二、過程模型

在有些情況下要將實際問題忽略次要因素，考慮共同特征，使其過程理想化，如勻速直線運動、勻變速直線運動、勻速圓周運動、彈性碰撞等。

可以把汽車在平直公路上一段時間內的運動和火車的運動都簡化為勻速直線運動。石子從樓頂釋放后的運動簡化成勻變速直線運動。

天體運動問題在高中階段都簡化為勻速圓周運動。勻速圓周運動特征為：（1）具有大小不變的合外力；（2）合外力方向與速度方向始終垂直；（3）由合外力提供向心力。還可以根據這些特征判斷一個圓周運動是否勻速圓周運動。

在理想化情況下物體相碰后能夠恢復形變，并且碰撞過程中沒有動能損失，這種碰撞叫做彈性碰撞，是很典型的理想化模型。生活中，硬質木塊之間碰撞或小鋼球之間碰撞，碰撞過程中動能的損失很小，可以看成彈性碰撞。這種模型特點三 、情境模型

從生活情景出發，利用畫圖把情景過程展現出來，學生就會體驗到物理就在生活中，讓學生在情境中學習給枯燥的學習帶來活力。情境模型有人船模型、平拋運動模型等。

一個原來處在靜止狀態的系統，當系統內的物體間發生相對運動，此過程中有一個方向上動量守恒，這種模型叫人船模型。模型特征為：（1）整個系統在水平方向動量守恒；（2）兩物體速度，大小與質量成反比，方向總相反；（3）兩物體同時運動同時停止。在解決人在靜止的船上從船頭走到船尾問題時就用這些特征列式求解。

平拋運動是典型的勻變速曲線運動，有關命題多但處理方法較固定，可以分解為水平方向的勻速直線運動和豎直方向的自由落體運動。模型成立條件：具有水平方向初速度，認為只受重力作用。如果有些物理情景符合以下條件：（1）受恒定合外力作用；（2）初速度方向與合力方向垂直。我們就把這類問題稱為類平拋運動，如帶電粒子在電場中的偏轉，解決方法就是進行正交分解。

四、臨界條件模型

相關的一些物理量存在制約關系，當物理現象變化到某一狀態發生轉折時就會出現臨界現象，確定臨界狀態是解決臨界問題的關鍵。臨界狀態既有前一種狀態的特點又有后一種運動狀態的特點起承前啟后的轉折作用。臨界問題中常有“剛好”、“恰好”、“最大值”、“最小值”等標記性詞語。

豎直平面內圓周運動是典型的臨界問題，一般是變速圓周運動，運動的速度大小和方向在不斷發生變化，運動過程復雜，合外力不僅要改變運動方向，還要改變速度大小，所以一般不研究任意位置的情況，只研究特殊的臨界位置——最高點。

1.輕繩類。運動質點在一輕繩的作用下繞中心點作變速圓周運動。因為繩子只能提供拉力而不能提供支持力，質點在最高點所受的合力不能為零，合力的最小值是物體的重力。所以（1）質點過最高點的臨界條件：質點達最高點時繩子的拉力，桿對質點有指向圓心的拉力，且拉力隨速度的增大而增大。

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物理學是研究物質運動規律的學科，實際物理現象都是十分復雜的，涉及很多因素。舍棄次要因素，抓住主要因素，從而突出客觀事物的本質特征這種方法叫構建理想化物理模型。構建物理模型是一種研究問題的科學思維方法，可以使物理問題變簡單。我把高中物理模型大致歸為四類。

一、實物模型

實際物體在某些特定條件下可以抽象為理想研究對象，如質點、點電荷、輕繩、輕桿、輕彈簧等。

用來代替物體的有質量的點叫質點，如果實際物體的形狀和大小在所研究的問題中影響不大從而可以忽略，就把實際物體簡化為質點，例如在研究地球繞太陽的公轉時可以把地球看做一個質點處理。

當帶電體本身的大小和形狀對研究的問題影響很小時可以將帶電體視為點電荷，將理想模型的結果直接應用于實際物體。

輕繩、輕桿、輕彈簧這三種模型是由各種實際的繩、桿和彈簧抽象出來的理想化模型，共同特征是質量忽略不計，但是特性并不完全相同。

輕繩在受外力作用時不發生形變，其彈力特征為：（1）只能產生沿繩收縮方向的拉力；（2）內部張力處處相等；（3）拉力能突變。輕桿彈力特征為：（1）能提供拉力也能提供壓力或支持力；（2）但力的方向不一定沿桿的方向（如果一端用鉸鏈連接彈力才一定沿桿方向。）；（3）彈力可以突變。輕彈簧可以被壓縮或拉伸，彈力的特征為：（1）能產生沿軸線方向的壓力或拉力；（2）彈力方向與形變方向相反；（3）彈力不突變。

二、過程模型

在有些情況下要將實際問題忽略次要因素，考慮共同特征，使其過程理想化，如勻速直線運動、勻變速直線運動、勻速圓周運動、彈性碰撞等。

可以把汽車在平直公路上一段時間內的運動和火車的運動都簡化為勻速直線運動。石子從樓頂釋放后的運動簡化成勻變速直線運動。

天體運動問題在高中階段都簡化為勻速圓周運動。勻速圓周運動特征為：（1）具有大小不變的合外力；（2）合外力方向與速度方向始終垂直；（3）由合外力提供向心力。還可以根據這些特征判斷一個圓周運動是否勻速圓周運動。

在理想化情況下物體相碰后能夠恢復形變，并且碰撞過程中沒有動能損失，這種碰撞叫做彈性碰撞，是很典型的理想化模型。生活中，硬質木塊之間碰撞或小鋼球之間碰撞，碰撞過程中動能的損失很小，可以看成彈性碰撞。這種模型特點三 、情境模型

從生活情景出發，利用畫圖把情景過程展現出來，學生就會體驗到物理就在生活中，讓學生在情境中學習給枯燥的學習帶來活力。情境模型有人船模型、平拋運動模型等。

一個原來處在靜止狀態的系統，當系統內的物體間發生相對運動，此過程中有一個方向上動量守恒，這種模型叫人船模型。模型特征為：（1）整個系統在水平方向動量守恒；（2）兩物體速度，大小與質量成反比，方向總相反；（3）兩物體同時運動同時停止。在解決人在靜止的船上從船頭走到船尾問題時就用這些特征列式求解。

平拋運動是典型的勻變速曲線運動，有關命題多但處理方法較固定，可以分解為水平方向的勻速直線運動和豎直方向的自由落體運動。模型成立條件：具有水平方向初速度，認為只受重力作用。如果有些物理情景符合以下條件：（1）受恒定合外力作用；（2）初速度方向與合力方向垂直。我們就把這類問題稱為類平拋運動，如帶電粒子在電場中的偏轉，解決方法就是進行正交分解。

四、臨界條件模型

相關的一些物理量存在制約關系，當物理現象變化到某一狀態發生轉折時就會出現臨界現象，確定臨界狀態是解決臨界問題的關鍵。臨界狀態既有前一種狀態的特點又有后一種運動狀態的特點起承前啟后的轉折作用。臨界問題中常有“剛好”、“恰好”、“最大值”、“最小值”等標記性詞語。

豎直平面內圓周運動是典型的臨界問題，一般是變速圓周運動，運動的速度大小和方向在不斷發生變化，運動過程復雜，合外力不僅要改變運動方向，還要改變速度大小，所以一般不研究任意位置的情況，只研究特殊的臨界位置——最高點。

1.輕繩類。運動質點在一輕繩的作用下繞中心點作變速圓周運動。因為繩子只能提供拉力而不能提供支持力，質點在最高點所受的合力不能為零，合力的最小值是物體的重力。所以（1）質點過最高點的臨界條件：質點達最高點時繩子的拉力，桿對質點有指向圓心的拉力，且拉力隨速度的增大而增大。

物理學可以說是一門模型課，研究對象無論是實際物體還是物理過程或是物理情境大多是理想化模型。求解物理問題很重要的方法就是把實際問題簡化為物理模型，我們掌握了這種基本方法就能提高解題效率。endprint