徐崇舉

高中物理研究的對象、過程都可以看作是理想化的物理模型，諸如：質(zhì)點(diǎn)、單擺、理想氣體、勻強(qiáng)磁場、理想電表、平拋運(yùn)動(dòng)、彈性碰撞、勻（變）速直線運(yùn)動(dòng)、圓周運(yùn)動(dòng)、自由落體運(yùn)動(dòng)等.因此，在進(jìn)行實(shí)際物理問題的分析和解答中，構(gòu)建物理模型，忽略試題中的無關(guān)信息，抓住問題的本質(zhì)是高效解題的關(guān)鍵.通過物理模型的應(yīng)用，可以激發(fā)學(xué)生的興趣，極大提高學(xué)生對各種物理復(fù)雜問題的分析和解決能力.

一、對象模型在高中物理解題中的應(yīng)用

對象模型是高中物理解題中常常接觸到的模型，物理問題的分析和解決過程其實(shí)就是物理模型的構(gòu)建過程，正確分析、判斷和構(gòu)建模型對于解決物理問題具有事半功倍的效果.

例1 在光滑弧形槽MAN的中點(diǎn)A上方高h(yuǎn)處固定有一個(gè)小球B，如圖所示，弧形槽的半徑R要遠(yuǎn)大于圓弧MN，一個(gè)小球靜止在弧形槽的左端M點(diǎn)，如果同時(shí)釋放小球B和小球C，兩小球恰好能在A點(diǎn)發(fā)生碰撞，求B球釋放時(shí)候的高度h.

分析：同時(shí)釋放小球B和C后，B球做自由落體運(yùn)動(dòng)，而C球的運(yùn)動(dòng)時(shí)間通過運(yùn)動(dòng)學(xué)和幾何知識比較不容易求出，通過對弧形槽的觀察和題給條件R要遠(yuǎn)大于圓弧MN，可以將小球C的運(yùn)動(dòng)看做是擺長為R的單擺運(yùn)動(dòng)，構(gòu)建單擺模型，這樣小球C到A點(diǎn)的時(shí)間為單擺四分之一周期的奇數(shù)倍，從而構(gòu)建出小球B和小球C運(yùn)動(dòng)的方程組，有效求出B球所在的高度h.

解：對于B球：h=12gt2B，對于C球：tA=（2n+1）T4，（n=0，1，2…）.

要使小球B與小球C能夠在A點(diǎn)相碰，tA=tB.

聯(lián)立解得：h=（2n+1）2π2R8，（n=0，1，2…）.

本題的關(guān)鍵是將小球C的運(yùn)動(dòng)看做一個(gè)單擺模型，通過單擺周期來計(jì)算小球C到達(dá)A點(diǎn)所用的時(shí)間，問題就迎刃而解了.

二、過程模型在高中物理解題中的應(yīng)用

過程模型一般是模擬物體的變化狀態(tài)，體現(xiàn)物體在變化過程中的功能轉(zhuǎn)化，通過過程模型的應(yīng)用，可以省略不必要的運(yùn)動(dòng)環(huán)節(jié)或是重復(fù)環(huán)節(jié)，直接將物體運(yùn)動(dòng)的時(shí)間、速度、功能、位移等建立起對應(yīng)的關(guān)系，從而簡化物理分析和計(jì)算過程，提高解題效率.

例2 跳繩是一種男女老少皆宜的運(yùn)動(dòng)，已知一位初學(xué)者的體重為50千克，平均每分鐘可以跳180次，假設(shè)他在跳繩的過程中，每次跳躍的高度都一致，一次跳躍有35的時(shí)間脫離地面，25的時(shí)間雙腳在地上，那么求這位跳繩運(yùn)動(dòng)者在跳繩的過程中，身體克服重力做功的平均功率.（g=10m·s-2）

分析：跳繩者在騰空的過程中達(dá)到最高點(diǎn)以后，做自由落體運(yùn)動(dòng)，身體克服重力所做的功等于最高點(diǎn)時(shí)身體重力勢能的增加量，因此，求出運(yùn)動(dòng)中每次跳繩過程中上升的最高點(diǎn)h，就可以構(gòu)建出一個(gè)連續(xù)豎直上拋、自由落體的功能模型，從而解決問題.

解：根據(jù)豎直上拋的運(yùn)動(dòng)模型，跳繩過程中上升的最高點(diǎn)h=12gt2，

時(shí)間t=60180×35×12，

由此得出t=0.1s.

則克服重力做功W=mgh=25J，P=WT=2560/180=75W.

本題的關(guān)鍵是將跳繩過程中，人向上運(yùn)動(dòng)克服重力做功的過程看做是一個(gè)豎直上拋模型，從而構(gòu)建出持續(xù)的功能模型，分析并解決問題.

總而言之，理想化的高中物理模型是研究物理問題的基礎(chǔ).教師要引導(dǎo)學(xué)生通過試題的已知條件，忽略試題的干擾和無效條件，根據(jù)試題所描述的物體運(yùn)動(dòng)或做功狀態(tài)，對應(yīng)地構(gòu)建起相應(yīng)的物理單一模型或是多模型的組合，然后運(yùn)用模型進(jìn)行具體問題的分析和解決.這樣既能夠提高學(xué)生的興趣，也能夠讓學(xué)生掌握物理解題的方法，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，在考試中取得好成績.