例析中学物理解题中的构建理想模型法

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1、例析中学物理解题中的构建理想模型法（411100湖南省湘潭市一中，刘熠中学一级教师）《例析中学物理解题中的构建理想模型法》一文在《数理化学习》（高中版）（全国优秀期刊）2008年第01期发表。并被人大复印报刊资料G36《中学物理教与学》2008年第04期全文转载。摘要针对当前物理教学现状，发现解题时应“明确整个物理过程、建立一幅清晰的物理图景”，其实是要求学生正确地还原和构建物理模型。学生构建模型的情况，直接反映其理解能力、分析综合能力、获取知识的能力等多种能力。因此笔者通过具体实例在新情景中提取有效信息、挖掘隐含条件建模，以达到培养学生分

2、析解决物理问题的目的。关键词审视物理情景、模型识别与转换、构建物理模型一、问题的提出《物理教学大纲》明确指出：“要通过概念的形成、规律的得出、模型的建立、知识的运用等达到对实际问题分析、还原和构建物理模型能力的考察”，解题的过程实质上就是对实际问题分析、还原和构建物理模型的过程。笔者认为解题时应“明确物理过程、建立一幅清晰的物理图景”，关键是要求学生能正确地还原和构建物理模型。学生构建模型的情况，直接反映其理解能力、分析综合能力、获取知识的能力等多种能力。相关联的物理状态和物理过程构成了物理问题，解决物理问题的一般方法可归纳为以下几个环节：

3、1、通过审题，摄取题目信息.如：物理现象、物理事实、物理情景、物理状态、物理过程等.2、弄清题给信息的诸因素中什么是起主要因素.3、在寻找与已有信息（某种知识、方法、模型）的相似、相近或联系，通过类比联想或抽象概括，或逻辑推理，或原型启发，建立起新的物理模型，将新情景问题“难题”转化为常规命题.4、选择相关的物理规律求解.以上环节中，由问题情景构建物理模型是最关键的、也是最困难的环节。所谓物理模型就是人们为了研究物理问题的方便和探讨事物的本质，通过对各种事实和现象的分析、综合、比较、分类等思维过程，利用科学的抽象和概括的方法建立起来的理想化

4、模型。如质点的自由落体运动、质点的匀速圆周运动、单摆的简谐运动、点电荷在匀强电场或磁场中的运动、串并联电路等等。这种物理模型一般由更原始的物理模型构成。原始的物理模型按研究对象分为：质点、轻绳、轻杆、轻弹簧、光滑水平面、同步卫星、单摆、电场线、等势面、磁感线、弹簧振子、理想气体、点电荷、理想电表、理想变压器、匀强电场、匀强磁场、点光源、光线、原子模型等；按物体运动形式或物理过程可分为：匀速直线运动、匀变速运动（自由落体、竖直上抛、平抛）、匀速圆周运动、简谐振动、弹性碰撞、完全非弹性碰撞等；按典型物理问题可分为子弹打木块、机车启动（恒定功率或

5、加速度启动）、简谐波等模型。其实所谓“建模”就是将带有实际色彩的物理对象或物理过程通过抽象、理想化、简化和类比等方法转化成理想的物理模型。怎样从错综复杂的实际问题中抽象出物理模型呢？这就需要对所给的信息进行提炼和加工，突出主要因素，忽略次要因素．通过思维加工，采用恰当的方法，找到新问题与熟悉的物理模型之间的联系，使新信息与原有知识之间的联系通道保持畅通无阻，就可以使新问题顺利地实现模型化，构建起符合新情境的物理模型．正确构建物理模型应注意以下几点：（1）养成根据物理概念和物理规律分析问题的思维习惯。结合具体描述的现象、给出的条件，确定问题的

6、性质；同时抓住现象的特征寻找因果关系。这样能为物理模型的构建打下基础。（2）理想化方法是构建物理模型的重要方法，理想化方法的本质是抓住主要矛盾，近似的处理实际问题。因此在分析问题时要养成比较、取舍的习惯。（3）要透彻掌握典型物理模型的本质特征、不断积累典型模型，并灵活运用他们。如研究碰撞时，总结出弹性碰撞和完全非弹性碰撞两个模型，但后来发现一些作用时间较长的非碰撞类问题，也有相同的数学形式，这就可以把这些问题也纳入到这两个模型中去，直接应用这两个模型的结论。在粒子散射实验中，粒子与重金属原子核的作用是非接触性的静电力作用，由于动能守恒也可纳

7、入弹性碰撞模型。二、几则案例的剖析【例题1】举重运动是力量和技巧充分结合的体育项目。就“抓举”而言，其技术动作可分为预备、提杠铃、发力、下蹲支撑、起立、放下杠铃等六个步骤，图1所示照片表示了其中的几个状态。现测得轮子在照片中的直径为1.0。已知运动员所举杠铃的直径是45，质量为150，运动员从发力到支撑历时0.8，试估测从发力到支撑杠铃被举起的高度，估算这个过程中杠铃向上运动的最大速度；若将运动员发力时的作用力简化成恒力，则该恒力有多大？(在照片上量得＝1.33，＝1.1)解析：1．认真审题：区分背景材料与有用信息，对新题、生题要耐心，推敲

8、关键字句，全面正确地理解题意，寻找解题突破口。题目描述的举重的实际情景，要把它理想化为典型的物理情景。抓举中，举起杠铃是分两个阶段完成．第一阶段：从发力到下蹲支撑举起高度。第二阶