高中物理解题中建立物理模型的应用探析



高中物理解题中建立物理模型的应用探析

◇山东高可教

采用建立物理模型的方法来解决实际问题,可以在最大限度上简化物理学科中的已知条件和未知条件的关系,理清解题思路,通过构建清晰和准确的物理运动轨迹,从而得出物理学的普遍解题规律．高中物理解题中建立物理模型的方法,可有效抓住物理现象的主要特征,舍去次要因素,形成一个理想化的“模型”,使复杂的问题简单化,从而提高解题效率．

1物理模型及其在物理教学中的积极作用

物理模型就是物理学中通过比较简单的方法来表述或者阐释对实际问题抽象的科学思维,用一种接近原物本质特性的比较理想化的抽象化的东西或者假想结构去对实际的事物进行描述．物理模型建立与应用的过程,其实是一个非常有创造力的过程,同时也是将物理科学理论知识形象化、具体化的过程,所以在高中物理教学实践以及学生解题实践中导入物理模型,可以帮助学生更好地把握物理科学的客观规律,促进学生抽象思维能力和创新思维能力的培养,减少学生在物理学习和物理解题中的心理障碍．因此,物理模型在高中物理教学中有着十分积极的作用,是一条不可多得的教学途径,应当引起物理教师和学生的足够重视．

2物理模型在高中物理解题中的应用策略

在高中物理中常见的物理模型有多种形式,但是具体应用通常可以划分为定义分析、模型建立和解题应用3个环节．接下来通过一道例题进行分析．

例跳绳是一种有氧型的健身运动,设一位高中女生小丽的体质量为50kg,她每一分钟跳绳的次数为180次．假如我们设定高中生小丽在每一次跳绳的过程中,双脚与地面的接触时间占到跳跃一次所必须时间的2/5．那么,请求出小丽在进行跳绳运动的时候,身体克服重力作用,做功的平均功率的多少?(g取10m·s-2)

2.1定义分析

有些物理模型的建立,需要从模型本身的特点给予定义,然后根据已经推导出来的物理公式进行计算,在应用中进一步加以体会,从而深刻掌握模型的内涵．从例题中给出的已知条件,我们可以得知,高中生小丽每次运动的物理活动是重复进行的,她的每一次跳跃时间和落地时间是解题中的难点．当小丽双脚与地面接触的时候,她的身体受到地面的支撑,重心可认为无变化，排除了身体克服重力做功的情况．

2.2模型建立

为了体现解题分析的准确性,我们可以根据例题中的关键性数据,建立一个高中生小丽在健身过程中,克服50kg产生的自身重力持续做功的大致模型．从而将抽象的条件转化成脉络清晰的解题思路．通过想象出物体运动的大致景象,为求出做功平均功率提供必要的物理模型支持．因为高中女生小丽在每一次跳绳的过程中,身体为了克服重力而跃起的3/5时间内的做功大小,刚好等于她在运动的过程中重力势能的增量．所以,要想求出小丽每次跳跃起来的平均做功功率,必须要求出她在每次腾空的过程中,身体所能够达到的最大高度h,以及小丽在每次跳绳的过程中,身体跃起所经历的时间t．因此,我们可以根据高中女生小丽在空中运动的大致轨迹,建立一个竖直上抛类型的物体做功的模型．

2.3解题应用

根据题目中的已知条件和建立起来的物理模型,解题脉络也就会变得非常清晰明了．

高中女生小丽在跳绳时身体克服自身重力做功的平均功率为

由此可以看出,在高中物理的教学实践中,教师要积极引导学生养成在解题过程中使用“解题”+“建立模型”的良好习惯．高中物理课程学习,不仅要学习基础物理理论知识,还要通过鲜活的物理实验教会我们如何解决生活中实际问题的技能,让自己体验到探究物理科学过程的乐趣．通过熟悉科学构建物理模型方法的机会,抓住问题的本质．学生在上物理课的时候,不仅要主动培养自己的主观能动性和独立思考的能力,还应该用发散性思维培养出“解题”+“建立模型”的良好习惯．因此,高中生要多给自己提出鲜活的实验课题,参加物理兴趣小组,结合教辅资料和实验视频,独立展开物理实验,通过自主学习和探究性活动,提高个人物理解题能力和认知水平．

(作者单位：山东省莱芜市第一中学)

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