求解“輕質模型”培養科學思維

王懷賓

摘 要：高中物理教學中“輕質彈簧、輕桿、輕繩、輕質綢帶等”是理想模型。“科學思維”主要包括模型建構、科學推理、科學論證和質疑創新。本文介紹如何建構“輕質模型”，通過科學推理得到結論，并應用結論解決實際問題。通過問題的解決過程，提高學生核心素養。

關鍵詞：科學思維;理想模型;科學推理;科學論證

“科學思維”是從物理學視角對客觀事物的本質性、內在規律及相互關系的認識方式;是于經驗事實建構物理模型的抽象概括過程。任何物體都是有質量的，確切說習題中的“輕質”物體現實生活中并不存在，但是當某物體的質量對于我們研究的問題影響因素很小時，我們經常忽略物體的質量，即把該物體看成無質量的理想模型。

一、“輕質彈簧”模型

例1.如圖1所示，四個完全相同的彈簧都處于水平位置，它們的右端受到大小皆為F的拉力作用，而左端的情況各不相同：①中彈簧的左端固定在墻上，②中彈簧的左端受大小也為F的拉力作用，③中彈簧的左端拴一小物塊，物塊在光滑的桌面上滑動，④中彈簧的左端拴一小物塊，物塊在有摩擦的桌面上滑動。若認為彈簧的質量都為零，以l1、l2、l3、l4依次表示四個彈簧的伸長量，則有（ ）

A.l2>l1 B.l4>l3 C.l1>l3 D.l2=l4

部分學生錯認為四種情況下運動狀態不同，彈簧彈力不同，源于不能洞悉“輕質模型”本質。題干中明確提出“若認為彈簧的質量都為零”，以彈簧為研究對象，根據牛頓第二定律“F=ma”可知，彈簧質量為零，彈簧所受合力為零，即彈簧右邊受力為F，左邊受力一定為F，彈簧受力情況完全相同，與運動狀態無關，D選項正確。

二、“輕桿模型”與“輕質彈簧模型”

例2某緩沖裝置的理想模型如圖2所示，勁度系數足夠大的輕質彈簧與輕桿相連，輕桿可在固定的槽內移動，與槽間的滑動摩擦力恒為f，向右移動不超過l時，裝置可安全工作，一質量為m的小車若以速度v0撞擊彈簧，將導致輕桿向右移動l/4，輕桿與槽間最大靜摩擦力等于滑動摩擦力，且不計小車與地面的摩擦。

（1）若彈簧的勁度系數為k，求輕桿開始移動時，彈簧的壓縮量x;

（2）為這使裝置安全工作，允許該小車撞擊的最大速度vm

綜合以上題型可以看出，生活中實際的物理情景是很復雜的，忽略次要因素的干擾，抓住事物的主要矛盾，建立物理“理想模型”是解決復雜問題的有效方法。培養學生構建“輕質模型”是提高科學核心素養的必然要求。

參考文獻

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