摘 要：中學物理在理科綜合中占有至關重要的地位，也是將來大學學習中物理、機械、能源、化工、冶金等理工科專業(yè)的基礎，因而學好中學物理對我們高中生的個人發(fā)展、社會的進步都有著不可或缺的意義。構建模型法是中學物理特別是力學學習中最重要的一種方法，即實現(xiàn)從現(xiàn)實物質現(xiàn)象抽象化為物理模型的目的，并堅持“專注主要矛盾而忽略次要矛盾”和“化繁為簡、由難入簡”這兩個基本原則，以此來分析、簡化、求解、綜合問題。它可以幫助我們高中生從繁復迷惑的題目中辨清研究問題的本質，從困難枯燥的問題中品嘗分析的樂趣，從浩瀚無盡的題海里卸下學習的重擔。

關鍵詞：構建模型法；中學物理；力學學習；物理模型

緒論

《物理教學大綱》明確指出：“要通過概念的形成、規(guī)律的得出、模型的建立、知識的運用等達到對實際問題分析、還原和構建物理模型能力的考查”。這就表明了學習中學物理特別是力學方面學習的基本思路和要求，要在掌握“質點”、“等效力”這些基本概念以及諸如“靜力平衡”、“勻加速直線運動”基本規(guī)律的前提下，分析問題的本質原理。學習采用構建模型法從現(xiàn)實物質現(xiàn)象抽象化為物理模型，正確調用已經(jīng)熟練掌握的各知識點合理有據(jù)地求解，必要時要進行必要的綜合。當然，對于一些較為復雜的題目，需要反復的分析、簡化、求解、綜合。中學物理普遍出現(xiàn)練習題“形異而質同”的現(xiàn)象，這就要求我們高中生在深刻理解題目含義的基礎上，忽略物理環(huán)境“形”的差別，抓住思維模式“質”的一致。如此這樣，我們弄清一個，便會帶動一類，會一而知十，從而提高變通能力和歸類能力。而這其中的“質”，也就是模型的構建最為重要，通過構建原理模型就可以解決這類相似的所有問題，掌握解題思路的關鍵所在。

一、 構建模型法的基本流程

構建模型法就是將現(xiàn)實物質現(xiàn)象抽象化為物理模型的方法，運用這種方法的目的是為了摒棄次要條件、突出主要因素，對實際問題進行理想化、簡單化處理，從而方便對物理本質的研究。它是人類在認識自然、解決自然問題中例如“從簡到繁、由易到難，循序漸進，逐次深入”這樣的思維模式的具體體現(xiàn)。為了幫助我們在構建模型時更有跡可循，現(xiàn)整理如下三條基本流程：

（一） 仔細閱讀理解題目，建立研究對象的物理模型

我們在遇到力學問題時最常見的困惑就是不清楚研究對象，基于此，首先應多閱讀題目，仔細分析題設中存在的可能對象，在問題中尋找真正的研究對象。研究的對象一般是很好找的，但是較為復雜的題目中一般在分析時會存在多個研究對象，例如物理學受力分析中的整體法與分離法。在這種情況下，解答時針對一個個研究對象，并結合已經(jīng)掌握的諸如“質點”、“點電荷”等已知力學模型確定研究對象的物體模型。正確尋找到研究對象及其物理模型是其決定性的第一步。如若沒有尋找到正確的研究對象物理模型而去胡亂套用公式規(guī)律，就如盲人摸象，不僅不能答對題目解決問題，而且無法真正了解出題者想要考查的知識點，這會極大地影響做題的效果。

（二） 結合題設中的運動過程，形成研究對象的運動模型

所謂研究對象的運動模型，就是確定研究對象的運動狀態(tài)，比如“靜力平衡”、“勻速直線運動”、“勻速圓周運動”、“勻加速直線運動”、“平拋運動”等。只有確定了研究對象的運動模型，才能開始搜索與物理環(huán)境相關的知識點以及規(guī)律，從而為下一步的分析建立公式框架。

（三） 分析題目已知條件，確定研究對象的參數(shù)模型

通常所說的受力分析、運動分析就是確定研究對象的參數(shù)模型。根據(jù)題目給出的已知條件確定哪些參數(shù)是已知的，哪些是未知的，哪些是隱含的，哪些是要求的，哪些是干擾的。例如在一個質點自由落體的題目中，可以很容易找出已知量、要求值，在這其中重力加速度g是隱含量，質點的重量m是干擾值?；谘芯繉ο蟮奈锢砟Ｐ鸵约斑\動模型，就能更準確地確定參數(shù)模型，這就解決了什么物體在一個什么現(xiàn)象下的根據(jù)已知求解未知的問題。

（四） 應用舉例

一身高h1=1.8 m，質量m=65 kg的同學，站立舉手摸高（指手能觸到的最大高度）h2=2.2 m，有一次該同學從所站h3=1.0 m高度處自由下落，腳接觸地面后，經(jīng)過時間t=0.25 s，身體速度降為零，緊接著他用力F蹬地跳起，摸高h4=2.7 m。假如前后兩個階段中同學與地面的作用力分別都是恒力，求同學蹬地作用力F。

分析：這道題開始看會覺得復雜，毫無頭緒，我們不妨以構建模型法的基本流程來看如何解決這道問題。首先是研究對象，毫無疑問是這位同學，其物理模型是質點；其次分析研究對象的運動模型，仔細多讀幾遍題目可以發(fā)現(xiàn)，該同學經(jīng)歷了自由落體運動、勻減速直線運動、勻加速直線運動和豎直上拋運動；接著，我們可以梳理題目中關于這四個運動過程的參數(shù)，其目標是求蹬地作用力F，由牛頓第二定律可知，這應該與加速度有關，所以轉換成求加速度，將力學問題轉化成純運動學范疇。如此，解答上述題目便會得心應手。

自由落體運動：從h3=1.0 m下落后的末速度

v1=2gh3=25 m/s

勻減速直線運動：重心下降的高度

h5=v12t=54m

豎直上拋運動：上升初速度

v2=2g（h4-h2）=10m/s

勻加速直線運動：上升加速度

a=v222h5=45m/s2

設地面對該同學作用力為F′，由牛頓第二定律

F′=mg+ma=1230 N

根據(jù)牛頓第三定律，同學蹬地作用力F=1230 N。

二、 模型構建的基本方法

通常我們采用上面的模型構建的基本流程基本能解決很多諸如“帶電粒子垂直進入勻強磁場”為質點的勻速圓周運動模型，“帶電粒子垂直進入勻強電場”為平拋運動的模型等物理力學問題。但并不是所有的題目都顯而易見，有的題目存在條件不明確、干擾項多、狀態(tài)復雜等問題，需要通過仔細分析、比較判斷才能構建模型。為了培養(yǎng)在解決中學物理力學模型建立時的思維方式，大大加快解題的便利性、有效性和準確性，現(xiàn)總結四點模型構建的基本方法如下：endprint

（一） 抽象思維法

因為物理是建立在生活生產(chǎn)上的科學，所以物理模型的構建需要基于抽象思維，運用抽象化的手法。所謂抽象思維方法，就是對于當前的研究對象或者研究狀態(tài)，從整體中剝離出來，忽略那些無關緊要或者影響很小的因素，專注其主要的特性和現(xiàn)象，將其簡化為一般簡單的可以進行分析的數(shù)學模型。例如在研究自由落體運動現(xiàn)象，物體下落過程由于忽略生活生產(chǎn)中空氣阻力存在的影響，才能抽象為以重力加速度下落，同時摒棄物體本身具有體積形狀，把研究對象抽象為一個只有質量沒有大小的質點。其目的都是對對象進行必要合理的簡化，方便進行分析計算，從而為實際現(xiàn)象提供原理解釋和理論指導。

（二） 類比思維法

顧名思義，類比思維方法就是對兩個研究對象或研究狀態(tài)進行類比，尋找其中共同點，按照依據(jù)共同點并兼顧不同點的原則，由一個已知的結果指導對另一個結果的研究。例如盧瑟福在研究太陽系行星運動軌跡時，結合他在粒子研究中原子核對周圍物質的影響，進行類比分析，簡化了行星的運動軌跡，確定太陽系類原子模型。通過舉一反三的類比分析，可以明確對象的研究方向，簡化研究過程，更直觀方便地構造模型。

（三） 假說思維法

因為實際物理環(huán)境紛繁復雜，實際很多因素干擾對象的分析探索。我們學習中學物理時，要學會樹立假說思維方法，摒棄許多影響，建立一個關乎對象本質的物理假說模型，在此基礎上對該模型進行實驗驗證，再逐步參照部分因素，指導模型的修正與完善，使得模型能更與實際貼合。例如玻爾在建立原子模型時，就對原子環(huán)境模型進行假說，從而能夠在驗證該模型時得到準確的結果。適當合理的假說，不僅大大簡化了物理模型的構建，還能在假說驗證過程發(fā)現(xiàn)新的規(guī)律，而這些新規(guī)律可能對結果有著重要的影響。

（四） 形象思維和直覺思維法

中學物理力學題目通常是建立在客觀實際物體之上，物體在各種力作用下保持靜力平衡狀態(tài)或者各種運動狀態(tài)，此時大腦中需要構建運動模型、受力狀態(tài)等形象思維和直覺思維，通過紙面上畫圖的輔助，通過主觀感性認識才能進一步抽象化題設對象，抽象化形成自己所掌握認知的物理模型。

（五） 應用實例

上課前同學們都會為老師擦黑板，現(xiàn)以大小為F的推力以θ的角度將一個黑板擦按壓在黑板面上，并以一定的加速度向上擦黑板，假設黑板擦與黑板的動摩擦因數(shù)恒為μ，求此時黑板擦運動的加速度大小。

分析：這道題內容上看起來很簡單，反復多讀題目，我們會發(fā)現(xiàn)需要運用抽象思維和想象思維這兩種方法來解題。首先，客觀生活中擦黑板不可能以恒定大小的力來擦，黑板擦的狀態(tài)、位置和動摩擦因數(shù)也是不斷變化的，采用抽象化的思維方式可以忽略這些次要因素，只專注于黑板擦以恒力按一定加速度運動這件事情本身。接著，需要對研究對象進一步細化分析，開始建模，我們采用形象思維的方式，因為只研究豎直方向的運動加速度，所以考慮質點在豎直方向受力情況，會發(fā)現(xiàn)其在該方向上受三個作用力：豎直向下的摩擦力μFsinθ、重力Mg和豎直向上的F的分力Fcosθ，如圖所示。在此基礎上，再使用構建模型法的基本流程，結合牛頓第二定律，所以有

結論

中學是物理知識學習初始階段，是多年物質生活認知的總結階段，亦是高深物理學探索的奠基階段。中學物理學習特別是力學方面的學習具有重要意義，對將來無論相關學科領域的學術培養(yǎng)還是基本物理生活常識素養(yǎng)的建立都會助益，所以學好中學物理力學的重要性不言而喻。本文首先介紹模型構建法的理論含義、重要地位，強調模型構建法對解決中學物理力學問題的重要作用。從構建模型法的基本流程和模型構建的基本方法兩方面闡述學習中學物理力學中最重要的模型構建法，通過研究對象的物體模型、狀態(tài)模型、過程模型一步步說明了題目模型構建的基本方法和步驟，為中學生梳理一個解題的簡單思路；通過抽象思維、類比思維、假說思維、形象思維和直覺思維的方法要求學生們在平時學習中培養(yǎng)這種意識的思維方式，大大促進了解題的便利性、有效性和準確性。

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作者簡介：徐彬鈞，浙江省臺州市第一中學。endprint