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高中物理解題中建立物理模型的應用探析

◇山東高可教

采用建立物理模型的方法來解決實際問題,可以在最大限度上簡化物理學科中的已知條件和未知條件的關系,理清解題思路,通過構建清晰和準確的物理運動軌跡,從而得出物理學的普遍解題規(guī)律．高中物理解題中建立物理模型的方法,可有效抓住物理現(xiàn)象的主要特征,舍去次要因素,形成一個理想化的“模型”,使復雜的問題簡單化,從而提高解題效率．

1物理模型及其在物理教學中的積極作用

物理模型就是物理學中通過比較簡單的方法來表述或者闡釋對實際問題抽象的科學思維,用一種接近原物本質特性的比較理想化的抽象化的東西或者假想結構去對實際的事物進行描述．物理模型建立與應用的過程,其實是一個非常有創(chuàng)造力的過程,同時也是將物理科學理論知識形象化、具體化的過程,所以在高中物理教學實踐以及學生解題實踐中導入物理模型,可以幫助學生更好地把握物理科學的客觀規(guī)律,促進學生抽象思維能力和創(chuàng)新思維能力的培養(yǎng),減少學生在物理學習和物理解題中的心理障礙．因此,物理模型在高中物理教學中有著十分積極的作用,是一條不可多得的教學途徑,應當引起物理教師和學生的足夠重視．

2物理模型在高中物理解題中的應用策略

在高中物理中常見的物理模型有多種形式,但是具體應用通常可以劃分為定義分析、模型建立和解題應用3個環(huán)節(jié)．接下來通過一道例題進行分析．

例跳繩是一種有氧型的健身運動,設一位高中女生小麗的體質量為50kg,她每一分鐘跳繩的次數(shù)為180次．假如我們設定高中生小麗在每一次跳繩的過程中,雙腳與地面的接觸時間占到跳躍一次所必須時間的2/5．那么,請求出小麗在進行跳繩運動的時候,身體克服重力作用,做功的平均功率的多少?(g取10m·s-2)

2.1定義分析

有些物理模型的建立,需要從模型本身的特點給予定義,然后根據已經推導出來的物理公式進行計算,在應用中進一步加以體會,從而深刻掌握模型的內涵．從例題中給出的已知條件,我們可以得知,高中生小麗每次運動的物理活動是重復進行的,她的每一次跳躍時間和落地時間是解題中的難點．當小麗雙腳與地面接觸的時候,她的身體受到地面的支撐,重心可認為無變化，排除了身體克服重力做功的情況．

2.2模型建立

為了體現(xiàn)解題分析的準確性,我們可以根據例題中的關鍵性數(shù)據,建立一個高中生小麗在健身過程中,克服50kg產生的自身重力持續(xù)做功的大致模型．從而將抽象的條件轉化成脈絡清晰的解題思路．通過想象出物體運動的大致景象,為求出做功平均功率提供必要的物理模型支持．因為高中女生小麗在每一次跳繩的過程中,身體為了克服重力而躍起的3/5時間內的做功大小,剛好等于她在運動的過程中重力勢能的增量．所以,要想求出小麗每次跳躍起來的平均做功功率,必須要求出她在每次騰空的過程中,身體所能夠達到的最大高度h,以及小麗在每次跳繩的過程中,身體躍起所經歷的時間t．因此,我們可以根據高中女生小麗在空中運動的大致軌跡,建立一個豎直上拋類型的物體做功的模型．

2.3解題應用

根據題目中的已知條件和建立起來的物理模型,解題脈絡也就會變得非常清晰明了．

高中女生小麗在跳繩時身體克服自身重力做功的平均功率為

由此可以看出,在高中物理的教學實踐中,教師要積極引導學生養(yǎng)成在解題過程中使用“解題”+“建立模型”的良好習慣．高中物理課程學習,不僅要學習基礎物理理論知識,還要通過鮮活的物理實驗教會我們如何解決生活中實際問題的技能,讓自己體驗到探究物理科學過程的樂趣．通過熟悉科學構建物理模型方法的機會,抓住問題的本質．學生在上物理課的時候,不僅要主動培養(yǎng)自己的主觀能動性和獨立思考的能力,還應該用發(fā)散性思維培養(yǎng)出“解題”+“建立模型”的良好習慣．因此,高中生要多給自己提出鮮活的實驗課題,參加物理興趣小組,結合教輔資料和實驗視頻,獨立展開物理實驗,通過自主學習和探究性活動,提高個人物理解題能力和認知水平．

(作者單位：山東省萊蕪市第一中學)

上升時間:t=1/2×3/5×60/180s=1/10s.