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例析中学物理解题中的构建理想模型法

例析中学物理解题中的 《例析中学物理解题中的 关键词 审视物理情景、模型识别与转换、构建物理模型 一、问题的提出 《物理教学大纲》明确指出:“要通过概念的形成、规律的得出、模型的建立、知识的运用等达到对实际问题分析、还原和构建物理模型能力的考察”,解题的过程实质上就是对实际问题分析、还原和构建物理模型的过程。笔者认为解题时应“明确物理过程、建立一幅清晰的物理图景”,关键是要求学生能正确地还原和构建物理模型。学生构建模型的情况,直接反映其理解能力、分析综合能力、获取知识的能力等多种能力。 相关联的物理状态和物理过程构成了物理问题,解决物理问题的一般方法可归纳为以下几个环节: 1、通过审题,摄取题目信息.如:物理现象、物理事实、物理情景、物理状态、物理过程等. 2、弄清题给信息的诸因素中什么是起主要因素. 3、在寻找与已有信息(某种知识、方法、模型)的相似、相近或联系,通过类比联想或抽象概括,或逻辑推理,或原型启发,建立起新的物理模型,将新情景问题“难题”转化为常规命题. 4、选择相关的物理规律求解. 以上环节中,由问题情景构建物理模型是最关键的、也是最困难的环节。所谓物理模型就是人们为了研究物理问题的方便和探讨事物的本质,通过对各种事实和现象的分析、综合、比较、分类等思维过程,利用科学的抽象和概括的方法建立起来的理想化模型。如质点的自由落体运动、质点的匀速圆周运动、单摆的简谐运动、点电荷在匀强电场或磁场中的运动、串并联电路等等。这种物理模型一般由更原始的物理模型构成。 原始的物理模型按研究对象分为:质点、轻绳、轻杆、轻弹簧、光滑水平面、同步卫星、单摆、电场线、等势面、磁感线、弹簧振子、理想气体、点电荷、理想电表、理想变压器、匀强电场、匀强磁场、点光源、光线、原子模型等;按物体运动形式或物理过程可分为:匀速直线运动、匀变速运动(自由落体、竖直上抛、平抛)、匀速圆周运动、简谐振动、弹性碰撞、完全非弹性碰撞等;按典型物理问题可分为子弹打木块、机车启动(恒定功率或加速度启动)、简谐波等模型。其实所谓“建模”就是将带有实际色彩的物理对象或物理过程通过抽象、理想化、简化和类比等方法转化成理想的物理模型。 怎样从错综复杂的实际问题中抽象出物理模型呢?这就需要对所给的信息进行提炼和加工,突出主要因素,忽略次要因素.通过思维加工,采用恰当的方法,找到新问题与熟悉的物理模型之间的联系,使新信息与原有知识之间的联系通道保持畅通无阻,就可以使新问题顺利地实现模型化,构建起符合新情境的物理模型.正确构建物理模型应注意以下几点: (1)养成根据物理概念和物理规律分析问题的思维习惯。结合具体描述的现象、给出的条件,确定问题的性质;同时抓住现象的特征寻找因果关系。这样能为物理模型的构建打下基础。 (2)理想化方法是构建物理模型的重要方法,理想化方法的本质是抓住主要矛盾,近似的处理实际问题。因此在分析问题时要养成比较、取舍的习惯。 (3)要透彻掌握典型物理模型的本质特征、不断积累典型模型,并灵活运用他们。如研究碰撞时,总结出弹性碰撞和完全非弹性碰撞两个模型,但后来发现一些作用时间较长的非碰撞类问题,也有相同的数学形式,这就可以把这些问题也纳入到这两个模型中去,直接应用这两个模型的结论。在粒子散射实验中,粒子与重金属原子核的作用是非接触性的静电力作用,由于动能守恒也可纳入弹性碰撞模型。 二、几则案例的剖析 【例题1】 举重运动是力量和技巧充分结合的体育项目。就“抓举”而言,其技术动作可分为预备、提杠铃、发力、下蹲支撑、起立、放下杠铃等六个步骤,图1所示照片表示了其中的几个状态。现测得轮子在照片中的直径为1.0。已知运动员所举杠铃的直径是45,质量为150,运动员从发力到支撑历时0.8,试估测从发力到支撑杠铃被举起的高度,估算这个过程中杠铃向上运动的最大速度;若将运动员发力时的作用力简化成恒力,则该恒力有多大?(在照片上量得=1.33,=1.1) 解析:1.认真审题:区分背景材料与有用信息,对新题、生题要耐心,推敲关键字句,全面正确地理解题意,寻找解题突破口。 题目描述的举重的实际情景,要把它理想化为典型的物理情景。 抓举中,举起杠铃是分两个阶段完成. 第一阶段:从发力到下蹲支撑举起高度 。 第二阶段:从支撑到起立举起另一高度。 (1).本题只涉及第一阶段可收窄解题范围(如右图所示)。 (2).人的运动太复杂,选杠铃为研究对象。 关键字句:杠铃的直径是45,在照片上量得h1=1.33,发力时的作用力简化成恒力 2.建立清晰的物理情景,养成画示意图的习惯。示意图化抽象为形象帮助展示物理过程。例如作受力图和准确捕捉关键画面是解决动态题的致胜法宝。 抓举中,举起杠铃是分两个阶段完成. 第一阶段:从发力到下蹲支撑举起高度 。 第二阶段:从支撑到

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