高考力学试题中的物理模型专题

法国科学方学者阿雷说：“科学的基本活动就是探索和制定模型”。

为探索和揭示复杂事物的本质和规律，必须根据所研究的对象和问题的特点，从所研究的对象和问题的特点，从所考察的角度出发，撇开问题中个别的、非本质的因素，抽出主要的、本质的因素加以考查研究，利用抽象思维和想象力，采用理想化和纯粹化的方法建立起一个轮廓清晰、主题突出的、易于研究的新对象和新过程。这个新对象、新过程就叫物理模型。物理模型是物理学研究问题的基本方法。物理模型也是物理解题的基本方法。

物理模型从不同角度研究有不同的分类方法，没有严格的定论。针对高中力学模型的特点，同时体现力学知识结构的内在逻辑，根据中学物理教学的特点及模型的主要教学功能，把高中力学物理模型分为四类：一对象模型，二环境模型，三过程模型，四数学模型。

用来代替由具体物质组成的、代表研究对象的实体系统，叫做对象模型。力学中的对象模型有质点、刚体、杠杆、轻质弹簧、单摆、弹簧振子、理想流体、点电荷。高考物理试题中，极少涉及刚体的模型和杠杆模型，分析弹簧问题时往往是以弹簧连接的物体为研究对象，单摆可以看做轻绳和质点的组合，弹簧振子看做弹簧和质点的组合，处理理想的流体时可以取流体中的小部分看成质点来分析，点电荷可以看做带电的质点，所以高考物理力学试题中的对象模型其实只有一个，就是质点。

把研究对象所处的外部环境理想化，排除外部条件中干扰研究对象运动变化的次要因素，突出外部条件的本质特征或最主要方面，从而建立的物理模型称为环境模型。环境模型可以分为场环境模型和装置模型。研究在地面上空不高处无初速度下落的物体的运动，把局部空间看成一个重力场强度为

g的均匀重力场，这样的重力场称为小尺度空间重力场。把外部环境抽象成物理模型，往往仅局限于

某一个范围内，不能无限延扩。研究在高空中绕地球转动的卫星的运动，使用小环境重力场就不适合，可以把整个环境看成引力场强度为的引力场，称为大尺度空间的重力场。研究带电粒子射入平行板电场中的运动，通常可以不考虑板的边缘效应，把两板间的电场抽象为匀强电场。类似的还可以构建匀强磁场的环境。我们把重力场环境、电场环境、磁场环境统称为场环境模型，在场环境模型中，研究对象受到场力的作用，不同场，力的规律不同。物体在某平面上运动时所受的摩擦力对运动影响不起主要作用，或者需要假想一种没有摩擦力的环境，引入光滑平面模型。研究物体在绳子的牵引下的运动时，往往不考虑绳子长度变化、不计绳子质量，由此构建轻绳模型。研究物体与弹簧之间的相互作用时，不考虑弹簧的质量，由此构建轻弹簧模型。我们把面、轻绳、弹簧、轻杆这样的模型称为装置模型。

把具体的物理过程纯粹化、理想化后所抽象出来的一种物理过程，称为过程模型。高中阶段典型运动过程模型包括匀速直线运动、匀变速直线运动、变加速直线运动、匀速圆周运动、匀变速曲线运动、简谐运动等。许多实际的物理过程，在运动变化的不同阶段，由于物理条件不同，常常可以抽象成不同的过程模型而分段研究。

几乎所有的物理问题都可以用数学方法进行描述。把物理学的规律数学化，称为数学模型。数学模型也可以认为是物理概念或规律的表达形式。利用数学模型，可以更概括、更简洁地描述物理规律，便于定量计算。高中力学中常用的数学模型包括函数、方程、矢量、几何等。