毕业论文-理物模型教学实践.doc

延边大学硕士学位论文

物理模型教学实践

以03-08年万有引力高考题为例

摘 要

新课程要求物理教学注重过程，重视学生能力的培养。这就要求我们教的不仅仅是知识本身，而且应该教给学生解决问题的方法，思考问题的方式。其中一个非常行之有效的方法就是开展模型教学，教会学生运用模型解决问题。传统的物理教育主要注重知识的传授,不重视学生对知识的领悟过程。物理知识本身抽象程度高，与实际联系紧密，运用物理知识解决实际问题时灵活多变，而教材的编写比较有原则，缺少形象化的说明。由于我们平时缺少训练学生思路的典型范例，学生没有把握住学习物理的科学方法，不善于从多方面去理解物理概念，不善于作比较分类工作，没有掌握解决实际问题的科学思维方法。做物理题的过程应该是分析题意——抽象出物理模型——确定遵循的规律——找出已知和未知的联系——建立方程——得出题解并探讨答案的物理过程。而很多的学生并没有掌握这一解题的技巧。
一部分学生在学了物理之后，对物理现象的观察还仅仅停留在日常生活经验的水平上，心理层次未得到发展，错误未得到纠正，新观念未曾建立。当遇到实际问题、进行探索性的工作时,就显得力不从心,不知如何下手,这样一来学生就会认为物理难学,缺乏对物理学习的兴趣热情。
产生这些问题的原因之一就是我们在教学中忽略了一个重要的内容：让学生学会建构物理模型。在教学中，我们往往忽视了学生运用模型方法去理解物理学的概念、原理、规律，运用物理模型解决问题的能力的培养。教师的职责不仅是要使学生明确学什么，为什么学，更重要的是要让学生知道怎么学，培养学生掌握科学的思维方式和方法。开展模型教学将有利于以上内容的实施。
我们知道，物理问题是千变万化的，物理方法也是多种多样，但再复杂再纷繁也有它的内在规律。抓住主要矛盾，略去次要因素，就可建立起物理模型。建立了物理模型，可以删繁就简，从纷繁的物理问题中抓住要害。掌握了物理模型，就能做到举一反三，触类旁通。
本文主要以万有引力为例来说明怎样建立模型及探讨如何运用模型来解决问题，主要从实践角度讨论模型解题的应用。在这种教学模式下培养出的学生对知识掌握比较牢固,遇到新题型、新问题能够灵活变通，从而有效地解决问题。

关键词：万有引力 物理模型 现实问题

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Abstract

New courses require physical education focusing on process and the ability of students. This requires us to teach not only the knowledge itself, and should teach students to solve the problem, think about the problem, develop model teaching and teach students to use the model to solve the problem. Traditional physical education major emphasis on knowledge, doesn’t pay attention to students ' understanding the process of knowledge. Physics itself with a high degree of abstraction, and the actual physical linkages, applying knowledge to solve practical problems is flexible，while textbooks compare principles and miss image description. Since we usually lack of typical examples of the students’ train of thought, students have not grasp the scientific method to study physics . They are not very good at understanding the physical concepts with a number of ways , they have no master to solve practical problems of scientific thinking. The process of doing physics problems should be analyzing the meaning of the question,bstracting the physical model,determine the rules to follow,identifying known and unknown,contact equition,discussing of the problem and the answers to the physical process, While many students do not have this problem-solving skills.
Part of the students in learning the physics observ of physical phenomenon only in daily life experience level, their psychological level is not developed. The error is not corrected and the new concept has not been established. When it comes to solve practical problems, exploratory work, the students don't know how to start, so they generally consider physical both difficult , useless and lack of interesting and passion of learning it.
The problem is partly because of we ignore the teaching value during the construction of the physical model, neglecte to teach students to understand the physics model from the methods of concepts, principles, laws and the skills of solving problem using a physical model. Therefore, training and mentoring students, allowing them learning method is an important aspect of further physical education reform. The teacher's responsibilities is to make clear what students learn, why learn it, more important is to let the students know how to learn, train the students to master the scientific way of thinking and methods . Developing model teaching will be conducive to the implementation of the above content.
Physics is very dynamic, there are a lot of physical methods, though complex and intricate , there are inherent laws. By establish a physical model, you can simplify a complex problem, grasp the complex question of the point. In the palm of a physical model, you can resolve the problems more quick-witted.
This article mainly force on the example of the gravitational to show how to build models and how to use the model to solve the problem, mainly from the practical point of view to discuss how to apply the model to solve problems. With this mode, the students will master the knowledge more firmly, they can solve new problems flexibility by using model.

Key words: Gravitation physics model reality problem.
目 录

摘 要 1
Abstract 3
目 录 5
第一章 绪 论 6
1.1研究问题的提出 6
1.2阐述所研究的问题 7
1.3研究的现状 8
1.4研究的目的及意义 8
1.5研究的方法 9
第二章 理论概述 10
2.1物理模型理论概述 10
2.2皮亚杰认知心理学 10
2.3皮亚杰认知心理学对高中物理教学的启示 13
第三章 帮助学生建立有效的物理模型 14
3.1建立正确的“图式” 14
3.2建立有效的物理模型 15
3.3模型实例 17
第四章 有效模型解决高中物理习题的应用 20
4.1有效模型解决08年万有引力部分高考题 20
4.2有效模型教学实践 25
四、结论 28
参考文献 29
致 谢 30

第一章 绪 论
1.1问题的研究背景
我们正处于一个变革的时代，一个创新与超越的时代，全球化、信息化、民主化、民族化和知识经济的迅猛发展在改变着我们的生活，改变着我们的社会，也在改变着我们每一个人。在这场前所未有的变革中，教育正在迅速从社会边缘走向社会中心，成为影响一个国家和民族竞争力，影响一个人终身发展的主要因素之一。为此，世界各国的教育改革与发展从来没有像今天这样备受瞩目，教育也从来没有像今天这样承载着如此沉重的历史使命，面临着如此多的挑战，科教兴国,科技立国成为世人的共识。
21世纪是知识经济时代，是一个发展的时代，挑战的时代，激烈竞争的时代。中华民族要实现她的伟大复兴，务必要求全民素质的提高。因此，科教兴国称为我们国家的国策。而对于初高中的教育来说，原有的基础教育课程已不能完全适应时代的要求。当前，全面实施素质教育，深化基础教育改革，正在全国范围内展开，而基础教育课程改革是基础教育改革的核心内容。新的基础教育课程体系是以邓小平“教育要面向现代化，面向世界，面向未来”和“三个代表”重要思想为指导，全面贯彻新时期国家教育方针，以提高国民素质为宗旨，以培养创新精神和实践能力为重点，强调课程要促进每一个学生身心健康发展，培养良好品德，强调基础教育要满足每个学生终身发展的需要，培养学生终身学习的愿望和能力。与此相适应的，国家推出了新课程、新教材。新课程、新教材是在全新的教育理念指导下编制的，而教师是新课程的直接执行者，要使这种全新的教育理念得以实践，每个教师都要有一个深入学习、理解和适应的过程，都要经受新课程的洗礼。
  然而，与此同时，我国的教育体系有暴露出了种种的弊端，很多的人称我国的教育是“应试教育”，对书本知识热衷追求，学生的学习负担和厌学情绪不断加重，学生为考试而学，教师为考试而教等等。如果不根治这些弊端，素质教育就不能顺利推行，科教兴国就不能顺利实现。
以往暴露的教育危机，并不在于对知识、能力训练本身，而是我们走向了“科学主义”的极端，一方面知识、能力训练陷入了繁琐哲学，一方面又忽略排除了作为教育的根本——对人的心灵、智慧的开发，对人的性情的陶冶，人格与个性的教育，独立、自由精神的养成。高中阶段主要通过习题练习来提高学生的能力，但也存在很大的弊端。学生通过大量的练习，只会做与练习题相似的题，对一些创新型的新题和以现实生活为背景的题感到无从下手，这是我们高中物理教学的一个困境。如何解决这个问题，使我们的习题训练真正能提高学生的能力，增强学生解决现实问题的能力。在以往几轮的高中教学过程，笔者一直在思考这个问题，在实际的教学中也一直在探索。
1.2阐述所研究的问题
传统教育过分强调记忆，忽视较高水平的应用和评价能力的培养。对知识的掌握，能够通过学习形成自己的见解，独立地作出价值判断，是最高水平；应用知识解决问题，次之；能够解释和说明知识，再次之；“知道”是最低水平。在发达国家，无论教学或考试均弱化对知识记忆的要求，但在我国，死记硬背的东西太多，使学生背上了过重的负担。面对新课程，今后高考的命题中肯定会加强能力考查，以此来引导教师注重过程教学；注重知识的有机综合，引导教学形成知识网络；注重开放性试题，联系生活、生产实际试题，引导教学增强应用意识，培养学生的创新精神和实践探究能力。
这就要求我们高中教师有针对性的改革教学，侧重培养学生的能力。培养学生建立模型的能力正是从新课程理念出发，同时也是培养学生的“最高水平”。
由于现行的高中物理教材和相关资料上都有不少涉及万有引力定律应用的试题，万有引力也是历年高考考查的重点之一，而对于这一部分学生又常常感到无从下手，信心不足、无所适从，因此，本论文挑选万有引力的解题作为线索，阐述如何培养学生运用有效模型解决问题，运用知识解决问题的能力。
1.3所研究问题的现状
对于培养模型教学在高中物理教学中研究的不多，传统的这样的结果是高分低能，学生只会做做过的题，或者是与做过的题类似以及同类型的题。教师总是习惯于将一个类型的题归纳总结出来呈现给学生，而从学生的角度来说，他们不知道为什么这一类的题要这样解决。当学生面对同样的知识内容，而是在一个全新的背景下出题时往往就又会感到无从下手，此时，学生在模糊的意识下就会生搬硬套，思路混乱，得不到问题的答案，甚至得到可笑的结论。
纵览这几年高考越来越多的题是以全新的背景出现，尽管考查的知识点及解决方法没有变，但注重考查学生对知识的深入理解，运用知识的能力，及分析问题解决问题的能力。面对全新的知识考查方式，面对全新的出题背景，建模的思想就显得尤为重要。将知识内容整理为清晰地物理模型将对学生今后的物理学习，以及其他学科知识的学习都会有着非常大的作用。
1.4研究的目的及意义
本人多年的高三带班经验，每年高考结束，学生总会慨叹高考就是高考，跟平时就是不一样。总有一部分学生“发挥失常”，这其中不排除心理的因素，由于种种的原因赞成学生的心理压力过大，从而影响了学生的正常发挥。但更多的学生表示高考题使他们感到无从下手。都是在平时学习和训练过的知识，怎么会到高考时就会没有思路了呢？大部分学生就是在通读问题后没有有效地将题目中的信息收集起来，从而建立起以往熟知的模型。
由此可见，培养学生的建模思想很重要，它能使学生在高考中遇到新题型时，把貌离神合的新题与典型模型题进行比较，去认识和把握新、旧模型物理本质上的共性，从而找到解决问题的方法。
我们在此举万有引力的相关知识为例子，不仅由于这部分知识在高中物理中至关重要，高考出题率颇高，还因为万有引力定律揭示了自然界物体间普遍存在的一种基本相互作用规律和行星运动的本质原因，把地上和天上的运动统一起来，是具有重要应用价值的定律。万有引力定律的具体应用有：发现新天体，测算天体质量，计算天体密度，研究天体运动规律等，同时也是现代空间技术的理论基础。现在我们就以2003-2008年各省市高考试题中与万有引力定律有关的题为例分析有关万有引力知识的部分模型。
1.5研究的方法
在研究中采用文献法、调查法，在研究与实践中不断观察、总结、反思、修正、完善。采用边实践、边研究、边总结、边改进的方针。课题研究过程中，边学习，边实践，边探索，边交流，及时吸取失败的教训，总结成功经验，再实践、再研究，逐渐上升到理性认识。
（1）文献法：
文献法是根据研究目的或课题，通过阅读有关图书、资料和文件来全面地正确地掌握所要研究的情况，并在大量掌握第一手材料的基础上，进行分析综合，找出科学的结论，为课题研究提供理论指导与理论支持。这种方法具有历史性，灵活性，继承性和创造性。
本论文主要通过网络期刊资源、图书馆资源、著作等进行资料收集，对课题研究进行理论方面的记录和实践方面的参考。
（2）调查法：
调查法是为了达到设想的目的，制定某一计划全面或比较全面地收集研究对象的某一方面情况的各种材料，并作出分析、综合，得到某一结论的研究方法，就是调查法。它的目的可以是全面把握当前的状况，也可以是为了揭示存在的问题，弄清前因后果，为进一步的研究或决策提供观点和论据。
本文就是在笔者进行的多年的教学过程基础上，认真搜集学生反馈的各方面的信息，再对这些信息进行了不断地分析，从而得到的观点、看法和结论。
（3）比较法：
比较法是通过观察，分析，找出研究对象的相同点和不同点，它是认识事物的一种基本方法。
本文在运用比较法的过程中，主要进行了横向比较。通过与对照班的横向比较，可以体现建模思想教学的优势所在。

第二章 理论概述

2.1物理模型理论概述
模型一词起源于拉丁文的“moldulus”，其初始含义是样本、标准和尺度。粗略地讲就是为了某种特定的目的而对研究对象所作的一种简化的描述。模型是人类认识自然的必要途径，也是理论思维的一种方式。在物理学的研究中，往往是先提出恰当的模型，然后才能得出简明的运动规律，建立适宜的理论体系。恰当的模型，可以概括已知的事实，这些事实经一定的理论联系在一起，得到统一的解释，而建立在可靠事实基础上的理论进一步又能预言新的事实，指导人们做出新的发现。虽然中学物理教材中介绍了较多的物理模型，但未明确模型的分类，致使学生，甚至部分教师认为只有质点、单摆、薄透镜、点电荷等才是物理模型。关于物理模型，首先要理解其概念实质。物理模型根据研究对象大致分为四类：(1)实体模型，也称对象模型，即理想化的研究对象。如“质点”、“点电荷”、“单摆”、“点光源”等。(2)过程模型，即理想化的物理过程。如“匀速直线运动”、“自由落体运动”、“简谐运动”等。(3)条件模型，即理想化的环境条件，如“光滑水平面”、“不可伸长的绳”、“真空”等不作为研究对象的实体模型。(4)结构模型，即理想化的物体结构模型。如原子结构的“枣糕模型”和“核式模型”等。本文所要论述属于第二类模型，即过程模型。【太原教育学院学报 2004年第4期 沈伟强】
物理学是由一系列原理相关联的物理模型组成的复杂网络。物理模型是物理学知识结构的基本单元。我们的学习是通过建立和使用科学模型来描述、解释、揭示物理现象和规律的。在物理学习中我们经常会将物理图景、本质相近的问题归为一类，并对他们的条件、过程进行合理的抽象、简化并归纳总结出这类问题的研究模式，使这类问题的思维程序化，这就是物理模型。
2.2皮亚杰认知心理学
皮亚杰认为智力结构的基本单位是图式，它是指有组织的思考或行动的模式，是用来了解周围世界的认知结构。他认为心理结构的发展涉及图式、同化、顺应和平衡。
2.2.1图示
图式是指个体对世界的知觉、理解和思考的方式，动作的结构或组织。这些动作在相同或类似环境中由于不断重复而得到迁移或概括。主体之所以对环境因素的刺激做出不同的反应，这是因为每个主体的图式不同，以不同的内在因素去同化这种刺激，做出不同的反应。图示是皮亚杰理论中的一个核心概念。
同化是指个体将外界信息纳入到已有的认知结构的过程，但是有些信息与现存的认知结构不十分吻合，这时个体就要改变认知结构，这个过程即是顺应。平衡是一种心理状态，当个体已有的认知结构能够轻松地同化环境中的新经验时，就会感到平衡，否则就会感到失衡。心理状态的失衡驱使个体采取行动调整或改变现有的认知结构，以达到新的平衡。平衡是一个动态的过程，个体在平衡—失衡—新的平衡中，实现了认知的发展。我们可以把图式看作是心理活动的框架或组织结构。在皮亚杰看来，图式可以说是认知结构的起点和核心，或者说是人类认识事物的基础。因此，图式的形成和变化是认知发展的实质。
　　2.2.2同化（assimilation）
　　同化原本是一个生物学的概念，它是指有机体把外部要素整合进自己结构中去的过程。在认知发展理论中，同化是指个体对刺激输入的过滤或改变的过程。（邵瑞珍，1990年）。
　　2.2.3顺应（accommodation）
　　顺应是指有机体调节自己内部结构以适应特定刺激情境的过程。顺应是与同化伴随而行的。当个体遇到不能用原有图式来同化新的刺激时，便要对原有图式加以修改或重建，以适应环境，这就是顺应的过程。可见就本质而言，同化主要是指个体对环境的作用；顺应主要是指环境对个体的作用。
皮亚杰用同化和顺应过程来说明认识，旨在表明这样的观点：一切认识都离不开认知图式的同化与顺应。认识既是认知图式顺化于外物，又是外物同化于认知图式这两个对立统一过程的产物同化只是数量上的变化，不能引起图式的改变或创新；而顺应则是质量上的变化，促进创立新图式或调整原有图式。　　
    2.2.4平衡（equilibration）
  　平衡是指个体通过自我调节机制使认知发展从一个平衡状态向另一种较高平衡状态过滤的过程。平衡状态不是绝对静止的，一种较低水平的平衡状态，通过个体与环境相互作用，就会过渡到一种较高水平的平衡状态。平衡的这种连续不断的发展，就是整个认知发展的过程（皮亚杰，1981）。
2.3皮亚杰认知心理学对高中物理教学的启示
皮亚杰的发展理论对教育教学实践有很大的影响。许多心理发展研究与课程论都是建立在皮亚杰理论基础上的。他的理论对教育工作者的理论研究和实践探索都有重要的价值。
在皮亚杰看来，认知发展是以学生已有的认知结构为基础的，并以已有图式与环境相互作用而产生的认知需要为动力。教师要成为学生认知的帮助者，就要求教师在教学过程中从以下几个方面发挥指导作用：(1)激发学生的学习兴趣，帮助学生形成学习动机；(2)通过创设符合教学内容要求的情境和提示新旧知识之间联系的线索，帮助学生建立有效的认知图式；(3)为了使意义认知更有效，教师应在可能的条件下组织协作学习(开展讨论与交流)，并对协作学习过程进行引导使之朝有利于学生建立有效图式的方向发展。引导的方法包括：提出适当的问题以引起学生的思考和讨论；在讨论中设法把问题一步步引向深入以加深学生对所学内容的理解；要启发诱导学生自己去发现规律、自己去纠正和补充错误的或片面的认识。通过同化和顺应建立有效的图式。

第三章 帮助学生建立有效的物理模型

3.1建立正确的“图式”
从皮亚杰认知理论我们知道，图式是认知的核心，图式的正确是解决问题的前提，所以应该首先建立正确的图式，在这里也就是对物理知识有清晰的认识，物理知识主要是物理概念和规律。
3.1.1知识点清晰
高中物理的知识点是由概念和规律组成，任何一个物理概念和规律都是内涵和外延的统一，我们通常所说的使学生掌握物理概念和规律，一方面指的是要理解物理概念和规律的内涵，同时也要求明确其外延。所谓外延，即概念所涉及的范围和条件，公式的适用范围和成立条件。教学实践告诉我们，使学生弄清概念的外延是深化对概念的理解、正确运用物理概念解决实际问题的前提条件。
物理学的研究对象是自然界中的客观物体及其运动规律。在讲解概念时，应展开充分的分析、讨论，让学生弄清概念的来龙去脉，明确概念的形成过程，以达到对概念内涵的准确理解和掌握。加强知识训练环节，反复矫正，反复巩固，加深理解。用一些生动的物理实验或物理现象给学生以更强烈地刺激，形成鲜明的对比，使学生头脑中形成清晰的概念和规律。
3.1.2建立正确的知识点网络
建立知识网络的基本思路是纵横结合、条块结合。以知识点在教材中出现的先后次序或因果关系为脉络，将相关知识纵向联系形成经线，然后再以经线上的每一个知识点为中心，通过分析比较，发现相关知识点之间的内在联系以及它们的共性和差异，形成纬线，甚至在有些重要知识点周围发散开来，形成密集的知识块。
3.1.3形成正确的模型
在大多数情况下，传统物理教学及有关问题的训练，往往直接给出简化后的物理对象或物理图景，因而在问题的处理上，学生缺乏对物理对象和物理场景做理想化处理的方法和能力。 也就是建模的过程。这就像吃饭没有经过咀嚼，而直接咽到肚子里的食物，不知道其中的味道。
例如：学生习惯于解决细线悬挂小球的摆动问题，而对小孩荡千秋却一筹莫展。学生习惯于解决小球过顶的圆周运动问题，而对汽车过拱桥的问题却束手无策，困难在于：
（1）、学生缺乏准确的物理模型。在实际问题的众多对象中，思维容易受到问题表象的干扰，很难抓住对象本质特征，因而难以从实际问题中抽象出物理图景和物理模型，形成认识上的思维障碍。
（2）、学生缺乏程序化的思维训练。由于现行教材、教科书中应用性的生活事例很少，学生在学习新知识时，缺少该环节的思维训练，在问题的应用上，学生仍然习惯于传统的认识经验和思维习惯，久而久之，就认为物理就是代代公式的数学运算而已，因而淡化了物理思维的训练，形成方法上的思维障碍。因此在今后的物理教学中必须重视图象、图景的教学，加强学生的应用能力的培养，提高解决实际问题的能力。
3.2建立有效的物理模型
3.2.1充分展示知识发生发展的过程，帮助学生建立准确的物理模型。
传统的物理教材安排的教学内容都是已经经历选择、压缩、改造，从而更具典型化和简约化，更具高度的抽象性。若是照本宣科，学生很难理解所学内容，而若能充分利用图形图片、电视录像、多媒体课件等手段再现知识发生发展的变化过程，用图文并茂的方式向学生提供信息，降低学生学习的难度，并将物理学研究问题的方法和物理思想寓于情景的建立和分析过程中，就能促进学生开展分析问题的思维活动，使其能自然地“悟”出其中的道理和规律，从而潜移默化，使学生掌握分析物理过程、建立正确物理情景和模型的方法，建立准确的物理模型。例如，在讲解单摆模型时，展示伽利略观察油灯等时摆动的图片或动画，再现模型建立的思维过程。让学生身临其境，感知分析物理过程的方法，建立准确的单摆模型。再如，在讲解小球自由下落，与正下方竖直固定的弹簧碰撞的整个过程中的能量转化及速度和加速度的变化时，可以用flash动画的形式展现给同学，让学生能够得到一个直观的画面情景。在讲完此题后不要接着就讲下一道题，而是要将题中包含的知识点在强调一遍，将题中蕴含的规律提炼出来，及一反三，让学生知道这不是一道题，而是某一类或某一个物理规律的体现。这样，学生理解了模型的本质，就不会“只见树木不见森林”。如果下次遇到涉及同样知识的问题，学生就不会概念模糊，思维混乱，张冠李戴或者机械地套用公式了。
3.2.2进行有效的模型思维训练
教师在平时的物理课堂教学中应该注重建立物理模型的相关训练。对于物理模型的建立其实是一个长期的过程，不是一朝一夕就能使学生掌握的。这一种能力的培养应该在学生刚刚接触到物理的初中时候就应该循序渐进的开始进行。有些学生初中的时候就没有得到这方面的训练，再加上自己不善于总结规律，到了高中阶段可以说想要学好物理是难上加难。这里以高中阶段为例，比如说课堂上分析动力学问题时难免要进行物体的受力分析，受力分析就是建立模型的过程，受力分析往往又是许多学生的问题所在，针对这个问题，教师可以在讲解题的时候，物理的受力分析让同学们完成，这个过程可以采取提问的形式，叫同学到黑板上作画的形式等等，之后可以让其他同学对回答问题或作画的同学的结果进行评论或补充。这样不仅可以调动学生的积极性，让每一位同学的思维都活跃起来，更有利于让学生在实践中培养起分析问题的能力，提高自信度。学生自己分析的多了，知道自己错在哪里，经过周而复始的改正，反思，以后必定会对受力分析熟练掌握，在充分自信的前提下，学生就不会想当然地乱分析了。再比如说在能量守恒部分的问题中，学生往往知道里面有守恒的问题，但是不知道什么守恒，或者往往将能量守恒，机械能守恒，动能定理混为一谈，解题时重复运用，从而导致错误。针对此类问题，教师就是应该在平时讲到此类问题时，不要自己说出问题中涉及的守恒或知识点，因为这样一来，学生只会觉得老师说的对，确实是这样的，但当学生自己分析时又不知道所以然了。教师应该以问题的形式提示学生题中系统满足什么条件，让学生再领会一下系统中物体的运动过程，让他们说出在这种过程中，在这些条件下系统的什么守恒，或者可以运用什么定理定律来解决。学生经历了长期的如此训练，就会对问题有一个清晰透彻的想法，当遇到别的情景是，学生往往就能够从题中找到相应的条件，能过很好地建立起模型，从而很好地解决问题。
3.3模型实例　
近几年高考题都有一个共同的特点就是越来越多的题是以现实问题为背景，比如08年高考题有关万有引力的题全部是有其现实背景的。实际问题的解决过程实际上包含这样的流程，从实际问题中提取信息，排除次要因素（抛除非物理信息），确立理想化的研究对象和物理场景，应用所学的物理知识，寻找物理对象在变化过程中满足的定量和定性的规律，直至解决问题。
在现行高中物理的教材和相关资料上，都有不少涉及万有引力定律应用的试题，也是历年高考考查的重点之一。就万有引力定律这条规律而言，学起来并不困难。而学生感到这类试题无从下手，以至于很多学生做这类题时，不论是选择题，还是计算题（事实上都要进行代数式的演算）表现出信心不足、无所适从，能力也很难提高。通过建立有效的物理模型，提高解决相关问题的能力。
学生往往对它的内容、公式和适用条件不难掌握，就是容易出错的地方也能分辨，如万有引力与物体间的距离的二次方而不是一次方或三次方成反比；中心天体质量和环绕天体质量的分辨；物体必须是能视为质点的物体等，但高考在考查万有引力部分题时，往往以现实生活为背景，学生虽然对万有引力定律已经非常熟悉了，但面对新题却感到无从下手。
根据这一部分的练习题特点我们可以归纳成五种类型的模型：
1.“不转”模型
地球或者是其他星球不自转，物体在星球表面静止，此时受到星球对物体的万有引力和星球表面的支持力作用，物体受力平衡，物体所受的万有引力与星球表面对物体的支持力相等。如果是在地球表面，那么此时万有引力和重力相等。（图示1）
（图示1）
2.“自转”模型
考虑星球的自转，物体受星球对物体的万有引力和地面的支持力作用，其合力提供了物体做圆周运动的向心力，受力分析如图2所示。
地球表面上的所有物体绕地轴做圆周运动的周期均与地球自转周期相同。
如果该星球指的是地球，此时，万有引力的一个分力提供了向心力，另外一个分力就是重力，与支持力平衡。受力分析如（图示2）所示。
3.“公转”模型
（1）、一个卫星绕另一天体做匀速圆周运动，距离一般比较远，不考虑天体的自转。此时万有引力提供向心力。
（2）、忽略天体的自转及绕其它天体的公转，将天体看作静止不动；
（图示2）

（3）、卫星做匀速圆周运动所需的向心力由天体对卫星的万有引力提供。
两个特例：
特例1：“近地卫星”模型
近地卫星是在地球表面附近，绕地球作匀速圆周运动的卫星，其特点有：
（1）、由于在地球表面附近运动，所以轨道半径被认为等于地球半径；
（2）、其速度是所有绕地卫星中最大的环绕速度、最小的发射速度、也被称为第一宇宙速度，大小为7.9km/s；
(3 )、其周期是所有绕地卫星中最小周期，约为85min。
特例2： “同步卫星”模型
所谓同步卫星，是相对于地面静止的卫星，其特点有：
(1)、卫星运动周期与地球自转周期相同（T=24小时）；
(2)、卫星的轨道在地球的赤道平面内；
(3)、卫星距地面的高度有确定的值（约36000千米）。
4. “双子星”模型
“双子星”是宇宙中两颗相隔一定距离，围绕其连线上的某点做匀速圆周运动的卫星，其特点有：
(1)、两卫星相互之间的万有引力提供各自做圆周运动所需的向心力；
(2)、两卫星运动的角速度（或周期）相等。

第四章 有效模型解决高中物理习题的应用

万有引力定律一直是高考的一个热点，不管是全国哪个省份，这是必考内容。这几年航天事业在我国的发展又十分迅速，因此掌握万有引力这块知识对学生尤为重。下面就以03-08年的各地高考题中涉及万有引力的题目为例，运用上面的有效模型的基础上来进行分析。
4.1万有引力有效模型在03-08年部分高考题中的体现
4.1.1“不转”模型
这一部分不是转动的问题，处理起来比较简单，在这里不做叙述。
4.1.2“自转”模型
1.（03全国卷） （15分）中子星是恒星演化过程的一种可能结果，它的密度很大。现有一中子星，观测到它的自转周期为。问该中子星的最小密度应是多少才能维持该星体的稳定，不致因自转而瓦解。计算时星体可视为均匀球体。
（引力常数G＝6.67×10－11m3／kg·s2)
分析：从题中不难分析出中子星是在自转，“问该中子星的最小密度应是多少才能维持该星体的稳定，不致因自转而瓦解”，这是典型的“自转”模型。考虑中子星赤道处一小块物质，只有当它受到的万有引力大于或等于它随星体一起旋转所需的向心力时，中子星才不会瓦解。
解：设中子星的密度为ρ，质量为M，半径为R，自转角速度为ω，位于赤道处的小块物质质量为m，则有

由以上各式得

代人数据解得

4.1.3.“公转”模型
（1）（2008全国理综I）已知太阳到地球与地球到月球的距离的比值约为390，月球绕地球旋转的周期约为27天。利用上述数据以及日常的天文知识，可估算出太阳对月球和地球对月球的万有引力的比值约为（ ）
A．0.2 B．2 C．20 D．200
解析 设太阳质量为M、地球质量为m、月球质量为m0，日地间距离为R、月地间距离为r、日月间距离近似等于R，地球绕太阳的周期T约为360天，月球绕地球的周期为t=27天。对地球绕太阳转动，由万有引力定律有,同理对月球绕着地球转动有，则太阳与地球的质量比为；太阳对月球的万有引力，地球对月球的万有引力，故，将太阳与地球质量比代入计算出比值约为2，故选B
这是一道典型的“公转”问题，两个星球之间的万有引力提供行星公转的向心力，万有引力定律公式中的R为两个星球的球心之间的距离。
(2)（08全国卷2） 我国发射的“嫦娥一号”探月卫星沿近似于圆形轨道绕月飞行。为了获得月球表面全貌的信息，让卫星轨道平面缓慢变化。卫星将获得的信息持续用微波信号发回地球。设地球和月球的质量分别为M和m，地球和月球的半径分别为R和R1，月球绕地球的轨道半径和卫星绕月球的轨道半径分别为r和r1，月球绕地球转动的周期为T。假定在卫星绕月运行的一个周期内卫星轨道平面与地月连心线共面，求在该周期内卫星发射的微波信号因月球遮挡而不能到达地球的时间