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谈物理中的“模型”及其在解题中的应用 摘要：物理理论研究与教学中经常需要忽视事物的次要因素而考虑主要因素，忽视个性而考虑共性，物理学这样得到的抽象事物，我们称之为物理模型。此文归纳了高中物理中各种“模型化”的情况，并借助具体的例题分析了在实际的解题过程中如何将问题进行“模型化”，论证了正确建立和运用物理模型不仅有助于学生分析问题，更有助于培养学生抽象思维的能力。关键词：物理模型理想主要因素次要因素物理学的研究对象遍及整个物质世界，大至天体，小至基本粒子，无奇不有，无所不在。面对复杂具体的物体，研究它们形形色色的运动，如果不采取突出主要矛盾、忽略次要因素的科学思维方法，人们便不能摆脱浩如烟海、纷乱复杂现象的纠缠，理不出清晰的物理概念和物理规律，物理学概念大厦便无法建起。物理学中的各种模型便是这种科学方法的具体应用。一、物理“模型”教学是研究物理问题的重要组成部分翻开物理教科书，无论哪一部分内容都有物理模型，可以归纳为以下几种情况：1.物理对象模型化。物理中的某些客观实体，如质点，舍去和忽略形状、大小、转动等性能，突出它具有所处位置和质量的特性，用一个有质量的点来代替，这是对实际物体的简化。类似质点这样的客观实体，诸如理想气体、点电荷、弹簧振子、单摆、理想二级管、理想变压器、理想电压表、理想电流表等，都是实际物体在某中条件下的近似与抽象。另外还有一些，诸如点光源、光线、电场线等，是属于人们根据它们的物理性质，用理想化的图形来模拟的概念。2.物理状态和物理过程模型化。如质点的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、简谐振动、完全弹性碰撞，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、绝热变化等等，都是将物理过程和物理状态模型化。3.物体所处条件模型化。当研究电子在电场中运动时，可以把电子所处的条件模型化，即舍去重力场的存在，不考虑重力的作用。因为跟电场力相比，重力的作用往往显示不出来（研究电场中的带电微粒或液滴时，则不能不考虑重力）。力学中的光滑斜面、热学中的绝热容器、电学中的匀强电场、匀强磁场等等，也都是把物体所处的条件理想化了。4.理想化实验。在实验的基础上，抓住主要矛盾，忽略次要矛盾，根据逻辑推理法则，对过程进一步分析、推理，找出其规律。伽利略就是从斜槽上滚下的小球滚上另一斜槽，后者坡度越小，小球滚得越远的实验基础上，提出了他的理想斜面实验，从而推倒了延续两千多年的“力是维持运动的原因”的结论，为惯性定律（牛顿第一定律）的产生奠定了基础。以上这些模型是物理的有机组成部分，它们的引入不仅对宏观物理理论规律性研究提供了方便，而且对培养学生的能力、提高解题技巧均有重要作用。二、物理“模型”在解题中的实际应用例：如图，劲度系数为K的弹簧一端固定于墙壁，另一端连着质量为M的物体，物体静止于光滑水平面的O点上。现有一质量为m的子弹以水平速度v。射进且留在物体中，试问最少需要多长时间物体又到达O点？物体的最大位移是多少？解：开始时取子弹和物体组成的系统为研究对象，忽略子弹的转动，认为子弹射进物体的过程为平动，从而建立质点系统模型。因为从子弹开始射进物体到停留在物体中这一过程时间极短，弹簧的形变微小到可以忽略，所以可认为在此过程中，沿水平方向所受合力为零，系统的变化为完全非弹性碰撞，从而可建立完全非弹性碰撞过程模型。系统动量守恒，故有：(m+M)v=mvo。由此可得系统的初速度：又：系统获得速度V的过程短暂，它们的位移微小到可以忽略，故可认为系统虽已具有速度V，但还处在平衡位置O点处。此后，选取子弹、物体和弹簧组成的系统为研究对象，忽略弹簧质量、空气阻力与摩擦力，建立弹簧振子模型；振子从平衡位置O处以速度V向左运动的过程，满足简谐振动模型，故可得方程：由以上二式即可获知物体再次到达O点的最短时间t与物体的最大位移A分别为：在求解这个题目中，我们共建立了两个研究对象的理想化模型（相互作用的质点系及弹簧振子）和两个运动变化的理想化模型（完全非弹性碰撞及简谐振动）。这些模型一建立，我们就知道用动量守恒和简谐运动的公式求解，得出相应的结果，问题也就迎刃而解了。总之，通过物理“模型”的教学，对培养学生探索问题、发展创造思维、培养辩证唯物主义思想方法以及提高解决实际问题的能力等方面是极为有利的。 -全文完-