论述“模型法”在高中物理力学学习中的运用

刘展赫

【摘 要】高中物理课程是一门重要的基础课程，学好这一课程对同学们对自然科学的认识及未来的深造发展有很大的帮助。力学章节是高中物理的难点，在物理问题的解析中需要对复杂的体系进行受力分析。“模型法”是解决力学问题中常用的方法，通过建立物理模型对物体的受力状况进行简化，便于对问题进行分析。本文研究了物理模型构建的基本原则和建立方法，以“死结”与“活结”、“定杆”与“动杆”两类问题为例对“模型法”的具体应用进行了讨论。

【关键词】高中物理；力学问题；模型法

在高中物理的课程中，力学是一个重要的章节，也是同学们学习的重点和难点。力学问题由于抽象性较强，在分析解题过程中可以通过建立力学模型的方法方便对题目的分析。恰当的物理模型可以降低物理问题的难度，将抽象的问题具体化，达到简化解题的目的。本文就物理力学解题中的“模型法”的具体应用进行讨论，与大家分享一下笔者在大学物理学习中的一些心得体会。

1.高中物理模型构建的基本原则

高中物理课程对同学们的逻辑思维能力和空间想象能力都很高，学习难度较大。在高中物理学习中通过构建物理模型可以将抽象复杂的问题形象化和具体化，将学习中的物理问题与日常生活中常见的现象联系起来，便于加深同学们对物理理论知识的理解和认识。在对物理模型进行构建过程中要注意精简物理问题的条件，舍弃无意义的干扰因素，达到简化物理问题的目的。其次，在物理模型的构建过程中要依据物理问题的本身条件特性，要根据题目的不同特点选择合适的模型，不能凭主观臆想随意进行构建。最后，构建的物理模型要符合科学规律，不能为了追求物理问题的简化而忽视了模型背后的理论依据。

2.高中物理力学中模型法的建立方法

在对物理问题进行解决的过程中，审题的关键与核心是如何找出题干、理清思路是对物理问题分析解答的首要任务。在审题过程中，要明确需要解决的问题和研究对象，围绕研究对象寻找已知条件和未知条件。例如在解决连接体和杠杆问题时，同学们要区分好研究对象，用好整体和部分之间的关系。在审清题干问题后，运用抽象简化思维，将复杂的问题化成简单的物理模型。尤其要注意示意图的运用，利用是以图将物理对象之间的相互关系进行描述，使物理关系一目了然，同时借助于文字辅助说明将已知条件表示清楚。同学们在趣味、形象的图形和文字说明的帮助下快速了解解题情景，使解题方法和解题思路一目了然。

3.高中物理力学学习中“模型法”应用实例

3.1“死结”与“活结”问题

在力学问题中，“死结”与“活结”是常见的问题，在解题中要注意它们之间的区别和关系。“活结”是一根绳子通过滑轮或者滑轮挂钩改变方向。在绳子上的拉力处处相等。“死结”是将几根不同的绳子结在一起，绳子上的拉力不存在必然的相等关系。下面借助例题对这一现象进行分析。

如上图所示，长5m的细绳两顿分别系在两杆上，两杆之间的水平距离为4m。在绳子上有一个光滑的轻质挂钩，下面连接着一个12g的重物。当系统达到平衡时，求：①绳子上的拉力为多少？②A点向上移动，系统重新平衡后绳子上的拉力如何变化？

分析：根据题目已知条件，对重物进行受力分析。画出如左图所示的受力状况示意图，重物一共受到三个力的作用达到平衡，分别是垂直向下的重力G、指向左上方的拉力T1和指向右上方的拉力T2。根据物体受力平衡条件，T1和T2的合力与物体所受的重力相平衡，且T1=T2。对三个力进行分析知，T1sinα+T2sinα=G。可得每个绳子上受的拉力为T1=T2=G/2sinα。A端向上移动后，由于重物受力条件没有变化，绳子上的拉力不变。

3.2“定杆”与“动杆”的关系

“定杆”是杆子与物体或者墙体相连接，物体的受力状况需要根据平衡条件或牛顿第二定理进行求解。而“动杆”则是可以转动的杆，它的受力方向永远沿着杆子的方向。在解题过程中要明确杆子的类型，根据杆的不同类型对物体的受力状况进行分析，列出相应的关系式。下面借助例题对这一问题进行分析：

如下图所示，一辆汽车水平向右行驶，轻杆的上端固定在车的顶端，另一端连接一个重量为G的刚性小球，杆与垂直方向上的夹角为θ，杆对球的弹力方向为（ ）

A.可能竖直向上

B.不可能斜向左上方

C.可能斜向左上方，但不一定沿着杆的方向

D.一定沿杆且与竖直方向的夹角为θ

根据题目已知条件，因为轻杆上端固定在车顶，说明这是一个“定杆”问题。“定杆”所受的力与杆的方向无关，需要用受力平衡对轻杆的受力方向进行分析。轻杆对小球的弹力方向与小球的受力方向相反；小球首先受到自身的重力，其次还有可能因为加速度或减速度受到水平上的力。因此，杆对小球作用力的方向可能为竖直向上或者偏向左上方或右上方，与杆子的方向无关。

4.结语

综上所述，物理课程是高中阶段的一门重要课程，在高考中占分比值很大。其中力学章节是重要的组成部分，学好力学的关键是对系统受力情况进行合理清晰的受力分析。在学习过程中我们可以通过“模型法”对物体的受力状况进行分析，根据题目已知条件建立合理的物理模型，并借助于这些模型进行求解。本文以力学问题中常见的几种题型为例进行了“模型法”解题的探讨，希望能帮助同学们更好地理解和掌握这一学习方法。

【参考文献】

[1]洪少华.基于破解力学问题的模型法研究[J].企业技术开发月刊，2014（35）：62-63

[2]李红欣.模型法在高中物理教学中的应用探究[J].读写算：教研版，2013（1）

[3]刘强.“模型法”在物理教学中的发展与应用[J].吉林教育：综合，2013（32）：65-65