浅谈高中物理教学中如何构建物理模型

揭琼

一、“物理模型”的 含义及作用

物理模型是人们认识和把握自然界中一切事物与事物之间的联系而创建的简化模型，在物理学上，通常面对复杂多边的问题的处理，都是遵循从简到繁，从易到难，循序渐进，逐次深入的法则，将研究对象进行抽象化、理想化、简单化等方法建立物理模型，起到 “去次取主”、“化繁为简”的处理，从而寻找出反映物理现象或物理过程的内在本质及规律实现认识问题的目的。它是人们研究物理问题和探讨物体事物的本质而作出的一种简化的描述或模拟。

二、 高中物理模型的种类及实例分析

物理学的目的在于认识自然，把握自然。在高中物理教学中要求教师要尽量多地将实物、图片等展示给学生，以形成表象认识基础。构建物理模型，有助于学生更好地学习物理知识，培养学生的抽象思维能力和创新能力。在构建物理模型时主要有以下几类：

1.实物模型

如：质点、传送带、点电荷、轻杆、轻绳、轻弹簧、小船渡河、子弹达木块等

【实例分析1】

质量为M的木块被固定在光滑的水平面上，一颗质量为m的子弹以速度V0水平飞来，穿透木块后的速度为V0/2。现使该木块不固定，可以在光滑水平面上滑动，同样的子弹以初速度V0飞来射向木块，如果M/m<3，那么子弹将

（A） 能够射穿木块

（B） 不能穿过木块，留在木块中共同运动

（C） 刚好穿透木块但留在木块边缘共同运动

（D） 条件不足，无法判断

【解析】设木块放在光滑水平面上时子弹刚好能穿过木块，则由水平方向动量守恒 得：

mV0=（M+m）V ①

根据功能关系知木块固定时子弹穿过木块克服阻力做功为

②

因是同样的木块，所以在木块不固定时，假设子弹能够穿过它则克服阻力做功应相同：

③

联立①-③解得：

M/m=3 ④

当M/m=3时子弹刚好穿过木块；当M/m>3时子弹能穿出木块；当M/m<3时子弹不能穿出木块。故选答案B。

【模型点拨】

子弹打木块是动力学中最重要的实物模型之一，常见子弹击中非固定的、光滑木块的物理情景，包括一物块在木板上滑动、小球在置于光滑水平面上的竖直平面内弧形光滑轨道上滑动、一静一动的同种电荷追碰运动等等，基本特征是物体的作用力与反作用力的冲量作用下，实现系统 内 物体的动量、能量的转移或转化。

此类模型解题思路和方法：

（1）子弹对地在滑动摩擦力作用下做匀减速直线运动；木块在滑动摩擦力作用下做匀加速运动。

（2）以子弹击中木块时刻开始计时，建立v—t图像，如图1甲和乙（其中甲图为子弹穿出木块的情景，乙图为子弹停留在木块中的情景。

特别说明，上两图中纵坐标的含义 表示各时刻的速度，斜率表示两者的加速度。阴影部分面积表示两者间的相对位移，即 。[来源：学_科_Z_X_X_K]

2.条件模型

条件模型很多，如：光滑、轻质、均匀分布、不可伸长、缓慢等，是一类高考常考的题型，其中考察知识点比较综合，处理方法也因题不一，而动力学问题解决方法是受力分析、运动过程分析、以及抓住临界条件、或者加速度突变的点，结合牛顿第二定律进行求解。

【实例分析2】

如图所示，A、B两物块的质量分别为2m和m，静止叠放在水平地面上A、B间的动摩擦因数为μ，B与地面间的动摩擦因数为 .最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度为g.现对A施加一水平拉力F，则：

A.当F<2μmg时，A、B都相对地面静止

B.当F= 时，A的加速度为

C.当F>3μmg时，A相对B滑动

D.无论F为何值，B的加速度不会超过

【解析】AB之间的最大静摩擦力为：

B与地面之间的最大静摩擦力为： 当 时， ，AB之间不会发生相对滑动， 时，B与地面间会发生相对滑动，选项A错误；当 时，假设AB之间无相对滑动，则AB的共同加速度为： ，

此时AB之间的摩擦力为 ，AB间不会发生相对滑动，此时AB的加速度均为： ，选项B错误；

当F>3μmg时，F>fmax，AB间会发生相对滑动，A相对B发生滑动，选项C正确；

A對B的最大摩擦力为2μmg，B受到的地面的最大静摩擦力为 μmg，无论F为何值，B的加速度不会超过 ，选项D正确.故选CD。

【模型点拨】

解决条件模型类问题一定要按规范的格式进行：

（1）画图分析，根据题意作出描述物理情景或过程的示意图，动力学问题则要考虑整体法和隔离法的应用。

（2） 找出临界点，如“恰好”、“刚好”等。

（3）动力学问题通常要根据系统的动量守恒和能量守恒结合求解，比较简单。

物理题中的实际问题多数是密切联系生活、生产和科学技术的问题，这类问题大多没经过加工处理成纯粹的物理模型，这要求我们在熟悉上述纯模型的基础上，通过一些方法来构建实际问题中的物理模型。

高中物理模型还有很多类型，这里只列出最常见的三种，物理模型的构建和解读能快速准确地解决实际问题，起到事半功倍的效果。在教学中要多引导学生构建物理模型，培养学生构建物理模型的意识，并能准确地解读出这个物理模型，培养学生的创新意识和发现问题、解决问题的能力。