高中物理模型构建及其在解题中的应用

朱举烈

(山东省青岛市城阳区第一高级中学 266108)

物理作为高中教育阶段的一门重要课程，具有许多抽象繁杂的知识原理，学习难度大.传统教学方法只是一味强调学生进行概念与定律的死记硬背，未曾要求学生去真正理解知识内容，因而使得学生对物理知识的理解较浅，无法做到灵活运用.模型构建是新课改实施以来的一种新型教学方法，高中物理的研究对象、研究过程均可看作是理想化的物理模型，包括平抛运动、圆周运动及匀强磁场等.教师可引导学生在分析与解答一些题目时通过构建相应模型，提取出关键信息，抓住问题本质，实现问题的有效解答.

一、物理模型构建方法

1.观察与实验

对自然现象加以认识的重要方法便是观察与实验，强调学生主动学习知识的过程，通过让学生观察与实验，可在提升学生思维能力与动手能力的同时，引导其做到定量、定性各种现象，并对研究对象进行明确.在观察与实验期间，学生要认识与注意到研究对象及其他物体间的变化、联系与区别，进行其中主体的抽象，构建出清晰明了的时空情境，构建合理的物理模型，从而推动物理教学活动的顺利开展.

2.分析与综合

在构建模型过程中，“分析”具体指由整体到局面，从面带点的思维方式，需要在考虑问题时将分解成不同的部分；而“综合”恰巧与之相反，体现了一种由局部到整体的思维方式，就是将不同的对象个体通过整合而形成一个完整的个体.同时学生的建模能力是基于“抽象”而言的，而“抽象”就是指对同类事物的本质特征的总结，核心在于抓住问题本质.当在处理具体的物理问题时，需要教师引导学生展开分析与综合，做到由易到难、由表及里，从而构建合适的模型.

3.类比与联想

“类比”指当物理问题研究对象或物理过程十分相似时，假设其结论、规律也具有相似性的一种思维模式.当采用类比法解答物理题目时，便可利用熟悉的物理过程或是对象对陌生的物理过程或对象进行替代.“联想”要求在类比的基础上还应进行相关物理知识的联系，思考与之相关的物理知识及相应的物理变化过程，使问题解决方向更为明确，从而建立相应模型.

二、高中物理模型在解题中的应用

1.构建行星模型

行星运动属圆周运动范畴，为当中的典型代表，近年来在高考中的考察频率越来越高.为帮助学生更为准确且快速的解答题目，教师应当引导其构建行星模型.学生能否正确构建行星模型的关键点，便是学生是否实现了万有引力公式、开普勒第三定律等相关内容的熟练掌握，接下来再结合具体题目情景求解.

例1 月亮环绕地球运动的轨道半径约为地球半径的60倍，其运行周期约为27天，现应用开普勒定律计算：在赤道平面内离地面多高时，人造地球卫星可随地球一起转动，就像其停止在空中一样？若两颗人造卫星绕地球做圆周运动，周期之比为1∶8，则他们轨道半径是多少？(已知地球半径为6400km)

分析该题目主要考察的是开普勒第三定律的应用，首先需要学生对题目所描述的场景做到深刻理解，接下来在进行模型的构建时，我们可知月亮和地球同步卫星都是地球的卫星，设地球半径为R，周期T=24h，进而再根据开普勒第三定律构建解题模型：

(R月/R同)3=(T月/T同)2

[60r/(r+h)]3=(27/1)2=(33)2=(32)3

[60r/(r+h)]3=93

60r/r+h=9

h=51r/9=51×6400km/9≈36266.6km

2.构建磁偏转模型

在电磁复合场偏转运动相关知识的考查当中，微粒属于重要考察内容，在高考试卷的选择题与综合题中均有涉及.该类题目难度较大，要求学生应具有较高的综合素质，并且教师在构建模型过程中也需要面对较多复杂的情况.在构建磁偏转模型的过程中，教师要帮助学生全面分析题目情景，同时遵循具体的建构步骤来指导学生来顺利完成模型的构建.

图1

图2

分析通过分析题目，我们可知带电粒子都是以垂直的状态进入到匀强磁场中的，即将要做圆周运动.接下来就是模型的构建，需要教师帮助学生确定圆心，画出粒子的运动轨迹，这是做这一类题的关键.在画粒子运动轨迹的过程中，我们发现因为存在众多由不同方向而射入的粒子，且入射速度相同，所以圆周运动半径也相等.而只要将当中典型的、特殊的几个沿不同方向运动的粒子的运动轨迹画出来，再通过观察，便可得出全部圆周的覆盖区域，就是该题的答案(如图2).在图中我们可看到在区域的边缘左方是圆心为O、半径为以2R的圆，右方是粒子从O点沿MN方向射入的具体轨迹.故选A.

3.构建弹簧模型

对于高中生来讲，有关弹簧的物理题目十分常见.但就实际情况来看，仍有一些学生无法全面掌握弹簧形变的相关内容，表现为对物体的受力方向、弹簧的受力大小等知识点的判断失准.对此，在帮助学生解答弹簧类型的物理题目时，教师便应进行弹簧模型的构建，引导学生对弹簧的受力过程进行分析.

例3 如图3，轻弹簧下端固定在水平桌面上，上端放有物块P，系统处于静止状态.现用一竖直向上的力F作用在P上，使其向上做匀加速直线运动，以x轴表示P离开静止的位移，在弹簧恢复原长前，下列表示F和x之间的关系图像可能正确的是( ).

图3

总的来说，随着素质教育与新高考改革的不断深入，高中物理教学面临新的发展机遇与挑战.在新的教育背景下，高中物理教师应当积极运用构建物理模型的方法，引导学生结合具体的题目来进行模型的构建，帮助学生分析题目情景，并明确题目中的主次要素，最终拥有清晰的解题思路.同时教师也应适当引入一些高考真题，增强学生的解题体验，使其进一步了解解题的过程，逐渐掌握物理模型精髓，逐渐提升其物理学科核心素养.最后，学生也要加强学生模型构建能力的培养，使其可自主解决一些物理问题，实现对物理知识的有效运用.