淺談高中物理教學中如何構建物理模型

揭瓊

一、“物理模型”的 含義及作用

物理模型是人們認識和把握自然界中一切事物與事物之間的聯系而創建的簡化模型，在物理學上，通常面對復雜多邊的問題的處理，都是遵循從簡到繁，從易到難，循序漸進，逐次深入的法則，將研究對象進行抽象化、理想化、簡單化等方法建立物理模型，起到 “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。它是人們研究物理問題和探討物體事物的本質而作出的一種簡化的描述或模擬。

二、 高中物理模型的種類及實例分析

物理學的目的在于認識自然，把握自然。在高中物理教學中要求教師要盡量多地將實物、圖片等展示給學生，以形成表象認識基礎。構建物理模型，有助于學生更好地學習物理知識，培養學生的抽象思維能力和創新能力。在構建物理模型時主要有以下幾類：

1.實物模型

如：質點、傳送帶、點電荷、輕桿、輕繩、輕彈簧、小船渡河、子彈達木塊等

【實例分析1】

質量為M的木塊被固定在光滑的水平面上，一顆質量為m的子彈以速度V0水平飛來，穿透木塊后的速度為V0/2。現使該木塊不固定，可以在光滑水平面上滑動，同樣的子彈以初速度V0飛來射向木塊，如果M/m<3，那么子彈將

（A） 能夠射穿木塊

（B） 不能穿過木塊，留在木塊中共同運動

（C） 剛好穿透木塊但留在木塊邊緣共同運動

（D） 條件不足，無法判斷

【解析】設木塊放在光滑水平面上時子彈剛好能穿過木塊，則由水平方向動量守恒 得：

mV0=（M+m）V ①

根據功能關系知木塊固定時子彈穿過木塊克服阻力做功為

②

因是同樣的木塊，所以在木塊不固定時，假設子彈能夠穿過它則克服阻力做功應相同：

③

聯立①-③解得：

M/m=3 ④

當M/m=3時子彈剛好穿過木塊；當M/m>3時子彈能穿出木塊；當M/m<3時子彈不能穿出木塊。故選答案B。

【模型點撥】

子彈打木塊是動力學中最重要的實物模型之一，常見子彈擊中非固定的、光滑木塊的物理情景，包括一物塊在木板上滑動、小球在置于光滑水平面上的豎直平面內弧形光滑軌道上滑動、一靜一動的同種電荷追碰運動等等，基本特征是物體的作用力與反作用力的沖量作用下，實現系統 內 物體的動量、能量的轉移或轉化。

此類模型解題思路和方法：

（1）子彈對地在滑動摩擦力作用下做勻減速直線運動；木塊在滑動摩擦力作用下做勻加速運動。

（2）以子彈擊中木塊時刻開始計時，建立v—t圖像，如圖1甲和乙（其中甲圖為子彈穿出木塊的情景，乙圖為子彈停留在木塊中的情景。

特別說明，上兩圖中縱坐標的含義 表示各時刻的速度，斜率表示兩者的加速度。陰影部分面積表示兩者間的相對位移，即 。[來源：學_科_Z_X_X_K]

2.條件模型

條件模型很多，如：光滑、輕質、均勻分布、不可伸長、緩慢等，是一類高考常考的題型，其中考察知識點比較綜合，處理方法也因題不一，而動力學問題解決方法是受力分析、運動過程分析、以及抓住臨界條件、或者加速度突變的點，結合牛頓第二定律進行求解。

【實例分析2】

如圖所示，A、B兩物塊的質量分別為2m和m，靜止疊放在水平地面上A、B間的動摩擦因數為μ，B與地面間的動摩擦因數為 .最大靜摩擦力等于滑動摩擦力，重力加速度為g.現對A施加一水平拉力F，則：

A.當F<2μmg時，A、B都相對地面靜止

B.當F= 時，A的加速度為

C.當F>3μmg時，A相對B滑動

D.無論F為何值，B的加速度不會超過

【解析】AB之間的最大靜摩擦力為：

B與地面之間的最大靜摩擦力為： 當 時， ，AB之間不會發生相對滑動， 時，B與地面間會發生相對滑動，選項A錯誤；當 時，假設AB之間無相對滑動，則AB的共同加速度為： ，

此時AB之間的摩擦力為 ，AB間不會發生相對滑動，此時AB的加速度均為： ，選項B錯誤；

當F>3μmg時，F>fmax，AB間會發生相對滑動，A相對B發生滑動，選項C正確；

A對B的最大摩擦力為2μmg，B受到的地面的最大靜摩擦力為 μmg，無論F為何值，B的加速度不會超過 ，選項D正確.故選CD。

【模型點撥】

解決條件模型類問題一定要按規范的格式進行：

（1）畫圖分析，根據題意作出描述物理情景或過程的示意圖，動力學問題則要考慮整體法和隔離法的應用。

（2） 找出臨界點，如“恰好”、“剛好”等。

（3）動力學問題通常要根據系統的動量守恒和能量守恒結合求解，比較簡單。

物理題中的實際問題多數是密切聯系生活、生產和科學技術的問題，這類問題大多沒經過加工處理成純粹的物理模型，這要求我們在熟悉上述純模型的基礎上，通過一些方法來構建實際問題中的物理模型。

高中物理模型還有很多類型，這里只列出最常見的三種，物理模型的構建和解讀能快速準確地解決實際問題，起到事半功倍的效果。在教學中要多引導學生構建物理模型，培養學生構建物理模型的意識，并能準確地解讀出這個物理模型，培養學生的創新意識和發現問題、解決問題的能力。