論述“模型法”在高中物理力學學習中的運用

劉展赫

【摘 要】高中物理課程是一門重要的基礎課程，學好這一課程對同學們對自然科學的認識及未來的深造發展有很大的幫助。力學章節是高中物理的難點，在物理問題的解析中需要對復雜的體系進行受力分析。“模型法”是解決力學問題中常用的方法，通過建立物理模型對物體的受力狀況進行簡化，便于對問題進行分析。本文研究了物理模型構建的基本原則和建立方法，以“死結”與“活結”、“定桿”與“動桿”兩類問題為例對“模型法”的具體應用進行了討論。

【關鍵詞】高中物理；力學問題；模型法

在高中物理的課程中，力學是一個重要的章節，也是同學們學習的重點和難點。力學問題由于抽象性較強，在分析解題過程中可以通過建立力學模型的方法方便對題目的分析。恰當的物理模型可以降低物理問題的難度，將抽象的問題具體化，達到簡化解題的目的。本文就物理力學解題中的“模型法”的具體應用進行討論，與大家分享一下筆者在大學物理學習中的一些心得體會。

1.高中物理模型構建的基本原則

高中物理課程對同學們的邏輯思維能力和空間想象能力都很高，學習難度較大。在高中物理學習中通過構建物理模型可以將抽象復雜的問題形象化和具體化，將學習中的物理問題與日常生活中常見的現象聯系起來，便于加深同學們對物理理論知識的理解和認識。在對物理模型進行構建過程中要注意精簡物理問題的條件，舍棄無意義的干擾因素，達到簡化物理問題的目的。其次，在物理模型的構建過程中要依據物理問題的本身條件特性，要根據題目的不同特點選擇合適的模型，不能憑主觀臆想隨意進行構建。最后，構建的物理模型要符合科學規律，不能為了追求物理問題的簡化而忽視了模型背后的理論依據。

2.高中物理力學中模型法的建立方法

在對物理問題進行解決的過程中，審題的關鍵與核心是如何找出題干、理清思路是對物理問題分析解答的首要任務。在審題過程中，要明確需要解決的問題和研究對象，圍繞研究對象尋找已知條件和未知條件。例如在解決連接體和杠桿問題時，同學們要區分好研究對象，用好整體和部分之間的關系。在審清題干問題后，運用抽象簡化思維，將復雜的問題化成簡單的物理模型。尤其要注意示意圖的運用，利用是以圖將物理對象之間的相互關系進行描述，使物理關系一目了然，同時借助于文字輔助說明將已知條件表示清楚。同學們在趣味、形象的圖形和文字說明的幫助下快速了解解題情景，使解題方法和解題思路一目了然。

3.高中物理力學學習中“模型法”應用實例

3.1“死結”與“活結”問題

在力學問題中，“死結”與“活結”是常見的問題，在解題中要注意它們之間的區別和關系。“活結”是一根繩子通過滑輪或者滑輪掛鉤改變方向。在繩子上的拉力處處相等。“死結”是將幾根不同的繩子結在一起，繩子上的拉力不存在必然的相等關系。下面借助例題對這一現象進行分析。

如上圖所示，長5m的細繩兩頓分別系在兩桿上，兩桿之間的水平距離為4m。在繩子上有一個光滑的輕質掛鉤，下面連接著一個12g的重物。當系統達到平衡時，求：①繩子上的拉力為多少？②A點向上移動，系統重新平衡后繩子上的拉力如何變化？

分析：根據題目已知條件，對重物進行受力分析。畫出如左圖所示的受力狀況示意圖，重物一共受到三個力的作用達到平衡，分別是垂直向下的重力G、指向左上方的拉力T1和指向右上方的拉力T2。根據物體受力平衡條件，T1和T2的合力與物體所受的重力相平衡，且T1=T2。對三個力進行分析知，T1sinα+T2sinα=G。可得每個繩子上受的拉力為T1=T2=G/2sinα。A端向上移動后，由于重物受力條件沒有變化，繩子上的拉力不變。

3.2“定桿”與“動桿”的關系

“定桿”是桿子與物體或者墻體相連接，物體的受力狀況需要根據平衡條件或牛頓第二定理進行求解。而“動桿”則是可以轉動的桿，它的受力方向永遠沿著桿子的方向。在解題過程中要明確桿子的類型，根據桿的不同類型對物體的受力狀況進行分析，列出相應的關系式。下面借助例題對這一問題進行分析：

如下圖所示，一輛汽車水平向右行駛，輕桿的上端固定在車的頂端，另一端連接一個重量為G的剛性小球，桿與垂直方向上的夾角為θ，桿對球的彈力方向為（ ）

A.可能豎直向上

B.不可能斜向左上方

C.可能斜向左上方，但不一定沿著桿的方向

D.一定沿桿且與豎直方向的夾角為θ

根據題目已知條件，因為輕桿上端固定在車頂，說明這是一個“定桿”問題。“定桿”所受的力與桿的方向無關，需要用受力平衡對輕桿的受力方向進行分析。輕桿對小球的彈力方向與小球的受力方向相反；小球首先受到自身的重力，其次還有可能因為加速度或減速度受到水平上的力。因此，桿對小球作用力的方向可能為豎直向上或者偏向左上方或右上方，與桿子的方向無關。

4.結語

綜上所述，物理課程是高中階段的一門重要課程，在高考中占分比值很大。其中力學章節是重要的組成部分，學好力學的關鍵是對系統受力情況進行合理清晰的受力分析。在學習過程中我們可以通過“模型法”對物體的受力狀況進行分析，根據題目已知條件建立合理的物理模型，并借助于這些模型進行求解。本文以力學問題中常見的幾種題型為例進行了“模型法”解題的探討，希望能幫助同學們更好地理解和掌握這一學習方法。

【參考文獻】

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