浅析高中物理模型的建立与应用

摘要：物理是门探究事物本质世界规律的学科，在不同的问题情境背后有着类似的解题思路与解题模式。我们把这种套路化的思考物理问题的思维习惯固化为物理模型，它反映了我们对物理问题的本质认识与抽象认知，对物理问题的解决有着重要作用和指导意义。本文就从物理模型的概念出发，以高中常见的经典物理模型为例，列举了物理模型的应用，表现了物理模型的重要性。

关键词：物理模型；应用；高中物理；物理思维

引言：

我们常说授人以鱼不如授人以渔，物理是研究我们生活的世界的本质规律的学科，物理的表现形式有千千万万，但是物理问题背后的规律却是一致的。在解决物理问题的过程中，可以将不同事物在不同环境下的运动简化为相似的问题进行解决，这就是我们常说的物理模型，物理模型就是打开物理真理大门的钥匙，是教会我们思考的“渔”。

一、物理模型的概念

在数学中有研究变量间关系的数学模型，在经济学中有研究经济市场变化规律的经济学模型，物理模型就是研究物理范畴内的问题的模型，如光学模型、力学模型等。模型的建立都是以反映所探究的关系为目的，通过将问题抽象化的思维方法，突出主要本质的因素，忽略次要非本质的因素，将问题还原到本质层面，进行简化与模拟。

从定义我们刻意看出，模型的建立是做减法的过程。在具体的物理问题中，如何进行简化与物理模型建立，抓住什么因素作为主要因素，忽略哪些次要因素，这些是实际过程中的难点。比如面对体积微小的物体，小球雨滴等，我们知道忽略体积简化为质点模型来研究他们的运动。在研究体积庞大的物体，就需要研究问题再考虑将物体看作质点。在研究汽车的运动速率、行驶路程等时，可以把汽车看作质点，如果研究汽车的缓冲就不能把汽车视为质点，要考虑汽车轮子的特性将其视为弹性模型。同时在建立模型以后还需要套用到实际问题中看是否契合实际情况，是否有尚未考虑到的影响因素，又或者还不够简单仍然可以简化。

二、建立物理模型的方法

物理模型不仅代表了一类问题的解决通法，具有一定的代表性，反映了问题的本质，而且蕴含了建立模型时的思路与逻辑方法。实际问题中建立物理模型一般可以分为两种方法[1]。（1）直接建立：首先明确研究对象，看把研究对象视为什么模型，如质点、连接体等，然后分析问题情境具有怎样的特征，比如在问题的物理环境中是否需要考虑摩擦力，阻力，运动的环境是斜面还是平面等，最后看运动对象在物理环境中具有怎样的运动特征，抓住运动时的主要特征，忽略次要因素，然后将其中的运动规律列出方程，即是直接建立的物理模型。（2）类比法：将未知的新生的事物与已知的事物联系起来，比如用单摆振动的物理模型解决电磁震荡问题。

三、物理模型的重要性

（1）物理本身其实是个抽象的学科，但是物理的生活应用与物理的问题又常常具体而形象，如果想学好物理，就需要能透过现象看本质，将形象的问题情境抽象化，需要学生概括抽象问题的能力，物理模型的建立过程是极好的锻炼物理思维的过程[2]。（2）运用物理模型可以简化对问题的解决，每个物理模型就好像一个新世界，在物理模型下的推论就是新世界的定理，在解决问题时可以省略每次都推理定理的过程，直接运用推论。

四、常见高中物理模型及其应用

（1）质点模型：是物理中最经典的对象模型，将研究对象简化，只考虑其运动过程，更方便的应用经典力学原理。而在研究气体的运动中将气体看做理想气体，不考虑气体内部的运动，电荷只考虑其带电量而不考虑其他物理特征这些都是质点模型的延伸。（2）绳杆模型：抓住了绳与杆最本质的不同，绳只可以承受沿绳方向的拉力，不可以承受其他方向的力，而杆可以承受来自各个方向的力。（3）追赶与对碰模型：在追趕与碰撞的物理问题中，应当抓住动量守恒、动能守恒的本质以不变应万变，其中碰撞模型又根据是否发生动能损耗分为完全弹性碰撞模型、非完全弹性碰撞模型。如果遇到问题转化为相应的追赶或碰撞模型，能更方便运用建立物理模型时已知的推论，如弹性碰撞后的两物体相对速度相等，质量相等的物体发生对撞速度交换等，再次遇到问题时可以直接运用推论，大大提升解决问题的速度。（4）皮带模型：皮带模型中的关键因素是摩擦力，应考虑到摩擦力对物体运动的影响，考虑到摩擦生热，能量守恒，动能对热能的转化等。（5）斜面模型：斜面是个常见的物理情境，在斜面模型中抓住解决问题的关键——物体平衡的临界点，斜面模型主要体现了物理方法中临界思想。（6）平抛模型：平抛模型主要蕴含了物理力的合成与分解，运动的合成与分解，如果抓住问题再去寻找与问题关系最密切的力，可以大大简化问题的难度。（7）爆炸模型：爆炸模型常常应用在子弹木块的问题情境下，可以把子弹木块看作追赶或对碰模型，这样就能方便看出问题的区别，通过追赶与对碰模型，更容易解决物体的运动，而爆炸模型中主要考虑能量守恒，摩擦生热等，在解决不同的问题时，考虑不同的模型，侧重不同的思路，套用不同的公式。（8）LC电磁振荡模型：研究电流与电量的转化规律的模型。（9）动态电路模型：涉及到电路动态变化的问题可以归结为动态电路模型，其解决方法是从阻值变化入手，根据串并联关系分析，运用欧姆定律判断电路的总电阻变化、总电流变化，再根据电流电压的分配原则进行局部电路的分析。（10）电容电路模型：此类模型中的切入点是电容两极板的电压以及极板上的电性[3]。（11）非纯电阻电路模型：此类模型的关键在于与纯电阻电路相比多了电能与化学能的转换，应当抓住能量守恒的本质进行分析。

结语：

针对高中常见的问题进行物理模型的建立对高中物理的学习具有重要作用，通过已经建立的模型能够使物理问题的解决事半功倍。同时建立物理模型的过程，能够锻炼对事物本质的观察力，抽象化的逻辑思维能力，能从根本上提升解决问题的能力。

参考文献：

[1]蒋明星.物理模型的建立及在教学中的作用[J].中小学教学研究，2010（10）：32-33.

[2]范利成.例析高中物理模型教学的重要性[J].技术物理教学，2012，20（4）：35-36.

[3]罗许绎.高中物理各类电路题的解析[J].理科考试研究，2013，20（21）：41-42.

作者简介：窦子涵（2000.05.24—）男，汉族，天津市人，高中学历，研究方向：物理方向。