简论解决物理问题的模型思维方法

【摘 要】物理模型思维在中学的研究和学习中是物理学习、分析处理和解决物理问题的思维方法。通过简化和纯化研究对象及其所处的状态和发展变化的过程，大大的方便了对物理问题的处理。在许多实际的物理问题中，有些研究对象以及它们所处的状态和发展变化的过程都比较接近物理模型，更拓宽了物理模型的应用范围。

【关键词】物理问题；模型思维；模型分类；模型转换

高中阶段学生解决问题存在的困难就在于不能随着物理情景的变化而建立恰当的物理模型，从而寻找适合的物理规律。学生由于思维定势，拿到实际题目后不能从审题中确定准确的物理图景，建立恰当的物理模型，而是想当然的和以往的题目做比较，熟悉的就套公式，不熟悉的就无从下手，长期就导致学生学习物理没有兴趣，不知来龙去脉，更谈不上从解题过程中巩固基础知识，培养各种思维能力的目的。因此在高中物理教学中一定要重视物理模型思维方法的培养。

1.模型的分类

物理模型是一个理想化的形式，可以从不同的角度有不同的区别，为了便于理解和应用，根据中学物理教学和教学功能模型的特点，可以分为三类：对象模型，条件模型，过程模型。

1.1对象模型

在具体的物质组成的地方使用，被称为代表实体对象系统的对象模型。这种类型的模型是最常见的，在高中物理中刚体、杠杆，轻弹簧，质子、单摆、弹簧振子、分子模型，绝缘材料、黑体、理想导体、绝缘体、理想电表、纯电阻、无限长螺线管，薄透镜原子的核结构模型等。

1.2过程模型

具体的物理过程理想化，抽象的纯物理过程，被称为过程模型。事情的性质发生变化的各种路径是极其复杂的，在物理学的研究，不可能面面俱到。主要是区分其主要因素和次要因素，然后忽略次要因素，在运动的过程中获得变化结果，以便只留下的主要因素。理想的模型，如匀速直线运动，匀变速直线运动等运动过程，都是以突出某一方面的主要特点，忽略一些二次加工后的过程而抽象成为理想的过程。这些都是一个过程模型。

1.3状态模型（也称为有条件的模型）

研究的外部条件是处于理想状态中，排除在外部条件的次要因素的干扰是研究运动的本质特征，突出的外部条件，是我们之所以建立物理模型的最重要因素。因此而建立的模型被称为状态模型。如光滑平面，灯杆，灯绳，均匀介质，均匀的电场，等等，都属于有条件的模型。有条件的模型的建立，是为了简化问题的复杂性，从而在一种理想的运动状态中得出它的运动模式。

2.模式转型

理想的模式是不仅物理学赖以建立的基本思路，而且在解决实际问题的重要途径和方法用于物理。物理模型是有限的，但客观事物是无限的，尤其是高中物理教学，由于学生所学的物理知识和数学能力的限制，约束，许多物理模型不能直接抽象为学生熟悉与模型。这就需要我们引导学生某些类型的操作，他们是熟悉另外一个陌生的模型的替代模型，只要在该模型的前提下，同样的效果转换，往往使问题变得更简单，更具体，更生动，更容易掌握。

2.1变换研究对象进行模型转换

一个物理问题中总会涉及到很多物体，解决问题时首先应明确研究对象，根据题目的要求选择恰当的研究对象对于解题过程是否顺利起着决定性的作用。有时研究对象选单个物体，有时选多个相互作用的物体组成的系统，还有时在同一个问题中须根据研究过程情景的变化灵活变换研究对象来解决问题。

2.2认真分析运动过程进行模型转换

一个物理问题的解决，很重要的方面是物理过程和物理状态的分析，只有深刻透析过程中的物理性质的分析，可以发现其所按照规律，以便选择适当的物理公式，解决未知的参数和未知量，以达到解决问题的目的。

2.3恰当选择参考系进行模型转换可达事半功倍的效果

在研究物体的运动之前必须首先选定参考系，习惯上大家都选相对于地面不动的物体为参考系。但是，有时这样选择后却使得问题特别复杂而难以解决。因此为了研究的方便，也可以视问题的具体情况巧妙的选用其他物体做参考系（如两车的追及问题、同时开始的自由落体问题等），从而可简化求解过程。

一般来说，在简要说明物理估计问题过程中，所给的已知数据是有时很少，有时太多，这些已知量和未知量之间的关系还远未明朗，往往夹杂一些干扰因素。因此，解决实际的物理问题时，我们必须先仔细分析预设的物理现象，对给定的物理情景进行深入的分析，抽象出物理过程的本质，明确解决的知识范围的问题，澄清有关概念，适当的选择物理定律，应用物理知识实现准确定位，从而达到解决问题的目的。