物理模型在高中物理解题中的作用

李宇晨

【摘 要】模型的建立对高中物理很多题目的求解至关重要。例如理想模型，有很多题都需要我们将理想模型与实际问题联系起来。所谓的联系就是将实际问题进行简化，保留其中的主要因素而忽略次要因素，抽象成一个容易求解的物理模型，熟练的运用模型可以大幅度提高解题效率。但现在人们大都将高中物理学习的重点放在了解背过的一个个物理模型，而忽略了物理模型的使用技巧。我们在这篇文章中用解高考物理题的方式，系统性的讲解怎样更好的运用物理模型解题，旨在对物理模型在高中物理解题中的作用做进一步的探究。

【关键词】物理模型;理想模型;等效模型

高中学生经常会遇到这样的情况：在解物理题时，很顺利的把题解完了，但看到答案以后发现自己和答案相差甚远。这种情况一般不是计算的问题，而是对题中受力或运动过程等的分析出错。究其原因是不能熟练运用物理模型和解题技巧。为了更熟练的运用模型解题，本文首先对高中物理常见的模型进行分类，并讨论它们在解题中的具体作用，希望能给大家一些启发和思考。

一、模型分类

1.理想模型

理想模型是高中物理模型中最常见最重要的模型，在理想模型中我们会忽略一些次要因素，将研究对象简化。比如质点、点电荷、光滑斜面、匀强电磁场、自由落体、完全弹性碰撞、各种匀速运动以及题中暗示的理想条件等。理想模型还可以进一步细分为实物模型和过程模型。

下面用几个简单的例子对这类模型的建立和运用进行说明。

（1）匀速圆周运动

质点在以某点为圆心半径为r的圆周上运动时，其轨迹是圆周的运动叫“圆周运动”。这里要注意的是，匀速圆周运动中的“匀速”是匀速率，做匀速圆周运动的物体速度方向是时刻改变的。匀速圆周运动考题中容易出现的物理量有：重力（G）、向心力（a）、线速度（v）、角速度（ω）、半径（r）。

常用的规律主要有：基本公式（如向心加速度等于线速度的二次方与半径的比值a=）;质点所受合外力指向圆心;系统机械能守恒等。匀速圆周运动还可以根据题目信息，进一步将题目细分为：绳模型、杆模型和弹簧模型，而且在平时的训练中，一定要注意区分三种模型的异同。

匀速圆周运动中涉及到实物模型质点和过程模型匀速运动，所以在解题过程中一定注意提取题目中信息，尽可能将题目简化后建立模型。

（2）平抛运动

物体只在重力的作用下，初速度为零的运动，叫做自由落体运动。经常出现的物理量有：重力加速度（g）、时间（t）、初速度（v0）、质量（m）。运用的规律主要有：基本公式（如竖直方向的位移h=gt2，水平方向位移x=v0t，速度夹角的正切值等于位移夹角正切值的2倍）;加速度始终为g，系统的机械能守恒等。

在理想模型的问题中，模型建立后会得到一些相关物理量，只要将这些物理量根据学过的规律，代入相关的公式中问题基本就能得到解决。

2.等效模型

等效模型会将一个抽象、复杂、陌生的研究对象转变为一个具体、简易、熟悉的事物。具体如：磁场中磁感线、电场中电场线、等效电路图等。运用等效模型解题的重点在于物理规律的运用（如沿电场线方向电势越来越低、磁感线的切线方向为该点磁场方向）。

二、解题应用

学习了物理模型之后如果不能巧妙的利用，那么物理模型在题中也不会起到理想的作用，通过解题过程讲解怎样使用物理模型解题。

例题1.由三颗星体构成的系统，忽略其他星体对它们的作用，存在着一种运动形式：三颗星体在相互之间的万有引力作用下，分别位于等边三角形的三个顶点上，绕某一共同的圆心O在三角形所在平面内做相同角速度的圆周运动（图示为A、B、C三颗星体质量不相同时的一般情况），若A星体质量为2m，B、C两星体的质量均为m，三角形的边长为a，求

（1）A星体所受合力大小FA;（2）B星体所受合力大小FB;

（3）C星体的轨道半径RC;（4）三星体做圆周运动的周期T。

解析：首先需要建立模型，题目中出现了质点和匀速圆周运动模型。

（1）在高中天体物理题中，常常需要将天体运动理想化，抽象成质点的匀速圆周运动，并且只需考虑题中所涉及到的天体对运动的影响。由平行四边形定则有：

FA=FBA+FCA=FBA=2G（）2

（2）同样由平行四边形定则得出：

FB=FAB+FCB=G（）2

（3）三个星体的环绕运动可看作角速度相同的匀速圆周运动，故：

ωA=ωB=ωC

因为ω2R=，化简得：

==

代入等边△ABC，分析解得：RC=a

（下转第35页）

（上接第20页）

（4）三星体周期相同，对C星体：

FC=G（）=m（）2RC

代入RC解得：T=。

例题2.如图所示，长度为的轻绳上端固定在O点，绳子下端系一质量为m的小球（小球的大小可以忽略）。

（1）在水平拉力F的作用下，轻绳与竖直方向的夹角为α，小球保持静止。画出此时小球的受力示意图，并求力F的大小;

（2）由图示位置以初速度为零释放小球，当小球通过最低点时的速度大小及轻绳对小球的拉力（不计空气阻力）。

解析：同样先建立模型，此题含质点模型、圆周运动模型和绳模型。

（1）物体的受力分析是解题的关键，此题物体的受力并不复杂，绳子的拉力沿绳子方向，质点受重力方向竖直向下，拉力水平向右，画出受力分析图：

由于此时小球静止，得出三力的合外力为零，所以：F=Gtanα=mgtanα

（2）由于在圆周运动中机械能守恒，所以小球到最低点的动能等于小球重力势能的减少量。得出：=mg（1-lcosα），解得v=。在圆周运动中a=，所以当v=时a=2g（1-cosα），利用圆周运动的向心力等于合外力得：F向=mg+F绳，解得F绳mg+2mg（1-cosα）。

三、小结

本文通过物理模型的分类和运用模型解题来讨论物理模型在解题中的作用。通过本文可以看出，对于物理模型问题，只要确认了模型内容，正确的代入学过的相关公式，一道看似复杂的物理题就会变成一道简单的数学题。题中的具体计算过程都是数学问题，物理知识只用来简化抽象出模型和列出具体的计算公式。

【参考文献】

[1]李峰丹.高中物理理想模型构建及应用，2015

[2]乔洁琼.理想模型在高中物理教学中的应用研究，2013

[3]李世财.高中物理模型教学探讨，2011

[4]刘晓春.理想物理模型在高中物理教学中的基础作用和意义，2009