模型法在中學(xué)物理解題中的應(yīng)用

本文對模型法在高中物理解題中的應(yīng)用進(jìn)行了深入的剖析，簡要介紹了模型法的分類和求解流程，將模型法分為實體模型、過程模型及問題模型，并分別舉例進(jìn)行了說明。模型法能夠幫助我們抓住問題的本質(zhì)，忽略次要干擾信息，將實際問題理想化。模型法的應(yīng)用能夠提升我們對物理問題的分析和求解能力。

物理學(xué)是研究物質(zhì)相互作用規(guī)律及其基本結(jié)構(gòu)的科學(xué)，關(guān)于高中物理解題方法方面，已有大量文獻(xiàn)進(jìn)行了深入研究，如實驗法、模型法、推理法等等，而模型法在物理解題的物理規(guī)律構(gòu)建和概念的形成中有著凸出的貢獻(xiàn)。其中模型法在形成物理概念、建立物理規(guī)律中起著重要作用。模型法是我們在求解物理問題過程中，通過對問題模型的建立，幫助我們抓住問題的核心和重點，忽略題中的干擾信息，在頭腦中形成一個清晰的思路。更進(jìn)一步講即是通過模型把物理問題實際化。模型法應(yīng)用于高中物理解題中，能夠極大地幫助我們對復(fù)雜物理知識及問題的分析和求解能力。

模型法在物理求解中的應(yīng)用

模型法求解物理問題的流程

用模型法解決物理問題的基本程序如下：

1）審題，首先將物理問題中的文字映射到大腦中，形成一個初步的求解思路，并將題中所要表達(dá)的物理場景利用示意圖展示出來。

2）分析，利用模型法的方式，提煉出物理問題中的本質(zhì)信息，忽略掉次要的干擾信息，從而形成清晰的解題思路。首先對題中所要表達(dá)的物理場景進(jìn)行分析，從主要特點中分析出物體的運動特點如勻速圓周運動等，在大腦中搜索比對學(xué)過的物理模型，從而建立該物體的運動模型進(jìn)行求解，這樣能夠幫助學(xué)生清晰的分析和求解問題。

3）再現(xiàn)，回憶模型所遵循的所有物理規(guī)律，使學(xué)生真正清楚模型的物理意義。

4）決策，結(jié)合題中已知信息，找出有關(guān)該問題的全部求解方案，再根據(jù)已知條件和目標(biāo)之間存在的一系列關(guān)系和物體運動過程所遵循的物理規(guī)律，選擇出最好的解決方法。

5）運算以及討論，運算即是運用相關(guān)的物理規(guī)律進(jìn)行求解或者進(jìn)行邏輯推理得出結(jié)果，在求解完成后，需要對結(jié)果的合理性方面進(jìn)行討論，主要就是結(jié)合題意利用物理規(guī)律對題中的實際問題進(jìn)行分析。

模型的分類與模型法的應(yīng)用舉例

模型法能夠準(zhǔn)確的抓住問題的本質(zhì)，忽略其他次要的干擾信息，幫助我們準(zhǔn)確的分析和處理問題，提升我們對復(fù)雜物理問題的求解和處理能力。我們所遇到的模型，一般可分為下面幾種情況：

1）實體模型。

實體模型是對物理對象進(jìn)行理想化處理后建立的模型，常用于建立某個物理概念，能夠提升我們對物理概念的理解能力。如質(zhì)點、理想氣體、彈簧振子、原子核式結(jié)構(gòu)、點電荷等，再比如對連續(xù)物質(zhì)之間的相互作用進(jìn)行研究時，通常需要建立截面模型或圓柱體模型、分子（原子）的立方體或球體模型等。

例2：電流微觀模型的建立與應(yīng)用：有一導(dǎo)體AD示于圖2，在其兩端加上一定數(shù)量的電壓，設(shè)導(dǎo)體內(nèi)自由電荷電量與沿著導(dǎo)體定向移動的速度分別為q和v；導(dǎo)體的橫截面積為S且每單位體積內(nèi)所含的自由負(fù)荷數(shù)量為n，在導(dǎo)體中選取距離為數(shù)量為v的橫截面B和C，要求求解出兩個面之間的負(fù)荷電量（單位時間內(nèi)）是多少？

2）過程模型。過程模型通常將物體運動過程理想化，不考慮其他干擾信息。如研究自由落體時，為了簡化問題，常常忽略掉空氣阻力對物體運動的影響，將運動過程理想化為運算或者勻變速的直線運動。這樣的模型還有彈性碰撞、勻速圓周運動、平拋運動等。

例3：天文學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)，銀河系中心可能存在一個大“黑洞”，黑洞是宇宙中最奇特和神秘的天體，是超強引力源，黑洞會吸住靠近它的全部物質(zhì)，距“黑洞”60億千米的星體圍著黑洞旋轉(zhuǎn)，速度達(dá)到200m/s，即便是光子這種速度為光速也不能反射，設(shè)已知萬有引力常量G=6.67×10-11N m2/kg2，要求求解“黑洞”的質(zhì)量和最大半徑是多少？

分析：結(jié)合題中信息，（1）距離黑洞60億千米的星體圍繞黑洞做的是圓周運動；（2）即使光子這樣速度為光速，也會被黑洞吸住不能反射。所以首先應(yīng)該建立形體饒黑洞的圓周運動模型，求出黑洞的質(zhì)量，然后根據(jù)第二點信息，將星體代替為光子，求出黑洞的最大半徑。

解：（1）設(shè)質(zhì)量分別為M、m的 “黑洞”和星體之間的距離為r，由：

3）問題模型。對物理問題進(jìn)行分析時，選擇的分析角度不一樣，就會導(dǎo)致最終建立的模型也不一樣。這種模型在實際應(yīng)用中得到廣泛應(yīng)用，如“導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢”“碰撞”等這類模型。

例4：“導(dǎo)體切割磁感線”的問題模型：某處存在一個均勻分布的電磁場，磁感應(yīng)強度為B，示于圖3，將單匝矩形線框abcd以垂直于磁感應(yīng)線的方向置于該勻強磁場中，ab為線框可動部分，現(xiàn)讓ab在時間Δt內(nèi)向右運動到a1b1處，速度為v，設(shè)ab的長度為L。

結(jié)論

綜上所述，我們可以知道模型法在中學(xué)物理解題中意義重大，模型法能夠?qū)嶋H問題理想化，幫助我們抓住復(fù)雜問題的本質(zhì)，忽略次要干擾信息，能夠極大地提高我們對復(fù)雜物理知識及問題的分析和求解能力。

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（作者簡介：周渝杰，綿陽中學(xué)實驗學(xué)校。）endprint