谈物理习题模型化教学-

论文导读：
1671-0568（2012）27-0121-02
一般的物理习题都是拟题者根据自己头脑中的一个理想化物理模型，结合某些问题情境和物理条件而拟定出来的。解题过程就是还原拟题者物理模型的过程，也就是把实际问题模型化，把具体问题抽象成熟悉的典型物理问题的过程。这种模型化的方法是物理解题中的一种普遍方法。

一、物理习题分类

物理习题可分为两大类，一类称为“原始问题”，另一类称为“抽象问题”。
“原始问题”是指在现实世界中客观存在的，尚未被分解、简化、抽象的物理问题，有时也称为实际问题。原始问题具有以下两个基本特征：一是问题以开放、生动的现实情境为依托；二是要解决的原始问题具有客观性、复杂性、已知条件的隐蔽性和答案的合理性，但有时并不具有精确性。不过任何原始问题，经分解、简化和抽象后均能找出一个合理的物理模型，并可运用已学过的物理知识解决。
“抽象问题”则是指将原始问题经过合理的分解、简化和抽象后形成的问题，这类习题往往是为巩固物理概念、规律而人为加工选编出来的，抽象问题的解决，一般是根据已知条件和现成的物理模型去解决。题目中常出现的模型如小球、轻绳、轻杆、质点、单摆、自由落体运动、简谐运动等。

二、物理模型知识综述

在物理学中，为了研究问题的方便，常常通过抽象思维和形象思维，利用理想化、简单化和类比等方法，建立起描述某一物理概念、规律、研究对象、运动形式和变化过程的物理模型。所谓物理模型，就是对所研究的对象和过程摒弃无关因素、忽略次要因素后，所建立起来的反映物理事物本质特征的抽象模型。这是一种重要的思维方法，加强对物理模型的认识，学会建立物理模型和将实际物理问题模型化，是培养学生能力的重要手段。

1.物理模型的归类。

（1）物理对象模型化。物理学中的某些客观实体模型，如质点，舍去和忽略实际物体的形状、大小、转动等性能，突出它所处位置和质量的特性，用一个有质量的点来描绘，这是对实际物体加以简化的结果。类似质点这样的客观实体模型诸如刚体、理想气体、点电荷、薄透镜、弹簧振子、单摆、理想二极管、理想变压器、理想电压表和理想电流表、行星式原子模型等，都是将物体本身理想化的结果。另外还有一些如点光源、近轴光线、电场线、磁感线、流线等，是人们根据物理对象的物理性质，用理想化图形来模拟而形成的概念，如光线就是用带箭头的线段来表示的理想化概念。
（2）物理状态和物理过程模型化。如质点各种运动的典型模型：自由落体运动、匀速直线运动、匀变速直线运动、简谐运动；又如电学中的稳恒电流、等幅振荡；热学中的等温变化、等容变化、等压变化、绝热变化等，都是将物理过程和物理状态模型化的结果。

2. 物理模型认识的一般过程。

3. 物理模型的主要特征。

（1）简化性——把实际物理学客体转化为理想物理模型，使复杂问题简单化，隐晦问题明朗化。
（2）代表性——通过对物理学事物的类比和概括，使物理模型成为具有同类属性事物的代表。

三、解题中模型化思想的运用

在物理教学中，学生常反映物理难学，尤其是题难解。当然，难的原因有很多，但其中很重要的一个原因就是这部分学生对题目的物理过程不理解，不能把题目中的过程和物体简化成理想模型。事实告诉我们，千变万化的物理习题都是根据一定的物理模型，结合某些物理关系，给出一定的条件，提出需要求的物理量。而我们解题的过程，就是将题目隐含的物理模型还原、求其结果的过程。下面结合实例来分析。
例1．如图1所示，水平传送带水平段长L＝6m，两皮带轮直径D均为0.2m，距地面高H＝5m，与传送带等高的光滑水平台上有一小物块以v0＝5m/s的初速度滑上传送带，物块与传送带间动摩擦因数μ＝0.2，g取10m/s2。求：
（1）若传送带静止，物块滑到B端后做平抛运动的水平距离S；
（2）若皮带轮顺时针以角速度ω＝60rad/s转动，物块滑到B端后做平抛运动的水平距离S′。
解析：解决该题的关键是：弄清题意后，明确物理情境构建合适的运动模型，然后才能运用物理规律求解。当传送带静止时物块先做匀减速运动后做平抛运动；当传送带转动时，跟据圆周运动知识分析传送带的水平运动速度之后再确认物块做何性质的运动。
（1）-μmgL=■mv2-■mv02 ?邛 v=1m/s
s=v■=1m
（2）v皮=ω■=6m/s，所以物块先匀加速后匀速运动
a=μg=2m/s2
t=■=0.5s
s1=v0t+■at2=2.75m
s=v■=6m
在求解这个题目中，先后建立了两个研究对象的理想化模型（质点、皮带）和四个运动变化过程理想化模型（匀变速运动、匀速运动圆周运动和类平抛运动），这些模型一旦建立也就是实现从“问题情境”到“物理图景”，学生就知道用匀变速运动、圆周运动、平抛运动的知识求解并得出相应的结果。
例2．人的心脏每跳一次大约输送8×10-5m3的血液，正常人的血压（可看作心脏压送血液的压强）的平均值为10.5×104Pa的，心跳70次/min，据此估测心脏工作的平均功率为多少？
解析：解源于：电大毕业论文www.7ctime.com
决该题的关键是：弄清题意后，要寻找一个合适的物理模型，然后才能运用物理规律求解。解决本题需要建立如图2所示的“管道模型”，即设一段血管截面积为S，长为L，该心脏对血液在血管中向前推进L的长度，则心跳70次，心脏工作的平均功率为
P平=■=■=■=■=1.4w
心脏挤压输送血液，这种情境下功和功率的计算与以往力学中功和功率的计算很不一样，力和位移都不像抽象问题中那么清晰，学生若能把已有知识和题中信息结合起来构建“管道模型”，此题就易求解。
从以上例题可看出，根据实际情境构建正确的物理模型是解决物理习题的关键。物理模型是抽象性和具体性的统一，概念性和形象性的统一，理论和实际的统一。教学中教师若能有意识地注重物理模型的教与学，对培养学生探索问题、发展创造性思维以及提高解决问题的能力是极为有利的。