中学物理中理想模型
轻绳、轻杆、轻弹簧三种模型之比较(1)
图4轻绳、轻杆、轻弹簧三种模型之比较轻绳、轻杆、轻弹簧作为中学物理最常见的三种典型的理想化力学模型，在各类题目中都会出现，有必要将它们的特点归类，供同学们学习时参考。
一. 轻绳（或细绳）中学物理中的绳和线，是理想化的模型，具有以下几个特征：（1）轻：即绳（或线）的质量或重力可以视为等于零。
由此特点可知，同一根绳（或线）的两端及其中间各点的张力大小相等；例1. 如图1所示，PQ 是固定的水平导轨，两端有两个小定滑轮，物体A 、B 用轻绳连结，绕过定滑轮，不计滑轮的摩擦，系统处于静止时，α=37°，β＝53°，若B重10N ，A 重20N ，A 与水平导轨间摩擦因数0.2μ=,则A 受的摩擦力（ ）A ．大小为4N ，方向向左B ．大小为4N ，方向向右C ．大小为2N ，方向向左D ．大小为2N解析：要分析A 物体所受摩擦力，必须确定两绳子对A 的拉力情况。
因为两绳均为轻绳，且滑轮摩擦不计，因此绳子两端及其中间各点的张力大小相等，只要对B 物体受力分析即可知道绳子拉力大小情况。
如图2所示，B 受重力、两绳拉力1F 、2F 而平衡，由力的平衡知识即平行四边形法则可知：1=sin =6B F G N α, 1=cos =8B F G N α。
再以A 物体为研究对象，如图可知，A 物体所受摩擦力为21862f F F N N N =-=-=,方向向左。
本题C 选项符合题意。
（2）软：即绳（或线）只能受拉力，不能承受压力。
由此特点可知：绳（或线）与其他物体的相互间作用力的方向总是沿着绳子。
注意轻绳 “拉紧” 和 “伸直”的区别：“拉紧”的轻绳，一定有张力，而“伸直”的轻绳，还没有发生形变，没有张力。
例2. 物体A 质量为m ，用两根轻绳B 、C 连接到墙上，在物体加一个力F ，如图所示，60θ=︒，要使两绳都能伸直，求力F 范围。
解析：我们先假设拉力F 较小，则绳C 将松弛，绳B 将拉紧，因此，拉力F 的最小值min F ，出现在绳C 恰好伸直无弹力，而Q 图1 Q图2图5 绳B 张紧时。
“理想模型”方法在中学物理中的作用
“理想模型”方法在中学物理中的作用陈利华“理想模型”方法是物理学中研究事物的方法之一，它贯穿了整个中学物理，并在教学中发挥了重要作用。
一理想模型客观世界中物体间的相互作用相当复杂，进行物理研究时我们不可能面面俱到，在分析和研究物理现象时，为了研究问题的需要，我们常常忽略物理过程中的次要因素，抓住主要矛盾，抽象概括出“理想实体模型”、“过程理想模型”、“理想实验模型”等模型，使研究的问题得以简化，据此导出的规律能根实际物理问题相吻合或较好的吻合。
在教学实践中，使学生能深刻体会这种思维方法将有利于他们迅速把握解题方向。
通常物理理想模型包括：1．实体模型物理中的某些客观实体，如质点，舍去和忽略形状、大小、转动等性能，突出它具有所处位置和质量的特征，用一个有质量的点来描绘，这是对实际物体的简化，类似的实体模型，如：刚体、完全弹性体、理想气体、点电荷、薄透镜、弹簧振子、光滑平面（或斜面）、单摆、理想电表、理想变压器等等，都是属于将物体本身理想化，另外还有一些，如“光源、光线、电场线、磁感线等是属于人们根据它们的物理性质，用理想化的图形来模拟的概念。
2．过程理想模型实际的物理过程涉及的变量很多，一般比较复杂，为使过程简化，对于那些变化很小的物理量X,可以视为恒量，就可以得到理想化的物理过程。
如：匀速直线运动（V=S量）、匀变速直线运动（a= 恒量）、匀速圆周运动（量）、等温变化（丁=恒量）……等等，这些运动在实际当中是不存在的, 而是经过抽象的, 理想化的物理过程, 但是,据此研究而得出的规律与许多实际物理过程能较好的吻合,或在此基础上略加修正也能较好的吻合。
当我们计算飞机航程、时间和速度的关系时,就可以用匀速直线运动的公式进行计算,当近似地讨论地球公转运动时,我们可以用匀速圆周运动的有关公式,如果不用这种理想化的思维方式,即使最简单的物理过程都很难分析清楚,更不要说复杂的运动了。
3. 理想实验理想实验又叫思想实验,是揭示自然规律的科学方法之一。
构建物理理想模型的意义
教学信息新教师教学纵观物理学发展的历史，建立理想化模型，是简化物理学研究的重要手段。
随着物理学的发展，物理模型越来越受到人们的重视，它促进了物理规律、理论的发展，推动了物理学向新的领域扩展。
一、什么是理想化模型它是根据所研究的物理问题的需要，从客观存在的事物中抽象出来的一种简单、近似、直观的模型。
具体地说，是对事物的各个物理因素加以分析、忽略与问题无关或影响较小的因素，突出对问题起作用较大的主要因素，从而把问题简化，这一理想的抽象模型，就是理想化模型。
二、理想化模型的特征理想化模型主要具有4个特征：近似性、抽象性、局限性和相对性。
模型的近似性主要表现在任一理想化模型都是以一定的客观实体为基础，它反映了事物的主要性质。
另一方面模型与实体不同，它在实际生活中不存在，这又表现了它的抽象性。
任何理想化模型都是在一定的条件下建立起来的，离开了这一条件这一模型就不能使用.这就是理想化模型的局限性。
某个事物在不同的情况下，如同一物体在这个问题中可视为质点.而在另一间题中则不能作质点处理，这就是理想化模型的相对性。
三、建立理想化模型的原则建立理想化模型的一般原则是首先突出问题的主要因素，忽略问题的次要因素。
物理学是一门自然学科，它所研究的对象、问题往往比较复杂，受诸多因素的影响。
为了使物理问题简单化，也为了便于研究分析，我们往往把研究的对象、问题简化，忽略次要的因素，抓住主要的因素，建立理想化的模型。
其次理想化的模型要根据所研究问题的需要而定，并不是不变的，把一个实际问题抽象为什么样的模型，要具体问题具体分析，即使同一研究对象，在不同的研究中也可能需要抽象成不同的模型。
解决物理问题选择模型时，要综合考虑所研究问题的目的、性质等，然后再做出选择。
四、理想化模型方法的作用1、推动物理学发展由于受人们认识水平和时代科技水平的限制，理想化模型不可能全面地反映原型，所以如果提出的理想化模型不能说明新观察到的现象，或与新的实验事实有矛盾，就需要对这个理想化模型进行补充、修正、甚至否定，提出新的理想化模型，再由实验检验。
“理想模型”及其在物理习题中的应用
“理想模型”及其在物理习题中的应用作者：向发仕来源：《读写算》2012年第33期摘要：文章主要介绍了理想模型及其在中学物理习题中的应用。
简要讨论了它的起源、分类、特点、认识的一般过程和作用，并引入实例具体分析。
本文从理论到实际再到理论地阐述了理想模型教学在中学物理教学中的重要地位。
关键词：理想模型教学实例分析中学物理教材无论哪一部分的内容都是以理想模型为基础向学生传达物理知识的。
理想模型是中学物理知识的载体，通过理想模型的教学来教育学生从中学会如何去科学抽象，即如何抓住主要矛盾，忽略次要矛盾；学会如何处理实际问题。
当前我国正在推行素质教育，培养学生的能力是其中的关键，培养思维能力更是一切能力的核心。
培养和提高学生分析问题和解决问题的能力是物理教学的目标之一。
因此，要抓住每一个理想模型的教学过程，把它作为培养和提高学生科学能力的一次实际锻炼，让学生从中学到一些在其一生起作用的思想方法和物理知识。
而理想模型在物理习题中的应用又是理想模型教学中的一个重要环节。
一般的物理习题都是拟题者根据自己头脑中的一个理想化物理模型，结合某些问题情境和物理条件而拟定出来的。
解题过程就是还原拟题者物理模型的过程，也就是把实际问题抽象化，把具体问题模型化，把具体问题抽象成熟悉的典型物理问题的过程，这种模型化方法是物理解题中的一种普遍方法。
1 物理模型知识综述物理学所分析研究的实际问题往往很复杂，为了着手分析与研究，物理学中常常突出主要矛盾，忽略次要矛盾，对实际问题进行科学抽象化处理，用一种能反映原物本质特征的理想物体（过程）或假想结构，去描述实际的事物，这样的物体称为“理想模型”。
1.1 理想模型的起源在亚里士多德时代，人们普遍认为运动是需要力来维持。
而伽利略则认为运动不需要力来维持，为了证明自己的观点是正确的，伽利略做了这样一个实验：让一个球沿斜面滚下，这样球的速度将增大。
若是给这个球一个起始推动让它沿斜面向上滚，它会慢下来（然后停下来并回头向下滚）。
论物理学中的理想模型
论物理学中的理想模型摘要：理想化模型就是只考虑事物本身及其影响的主要因素，而忽略其次要因素的理想想象。
它是为了我们更好的分析研究对象而采用的一种方法。
通过理想化使物理规律简单、明晰，易于理解。
关键字：理想模型条件模型主要因素次要因素物理世界是纷繁复杂的，正如我们所感受到的一样。
事物之间，总是存在着千丝万缕的联系，在我们研究这个纷繁的事务之间的千丝万缕的联系时，难免会被各种因素所困扰。
但我不希望那些无关紧要的因素去左右我们的想法。
这就是理想化模型的动机！保留对所研究问题起决定影响的主要因素，以突出物质的基本特征及其基本规律。
这种科学抽象的产物就是理想化模型。
什么是理想化模型呢？就是对一个客观的事物，只考虑事物本身及其影响的主要因素，而忽略其次要因素，对客观事物的存在条件、属性、状态等的一种理想的想象。
物理模型的理想化是为了我们更好的分析研究对象而采用的一种方法，它的原则是突出主要矛盾！它的目标是忽略次要因素，展现问题的本质！一、理想模型的种类1、物理对象模型实际物体在某些特定条件下往往可抽象为理想的研究对象，即物理对象模型。
物理中常见物理对象的理想模型有：质点、刚体、弹性体、理想流体、弹簧振子、单摆、点电荷、试验电荷、无限大平板、点磁荷、纯电阻（纯电容、纯电感）、光线、薄透镜、点光源、绝对黑体、汤姆逊模型、卢瑟福模型等。
如研究竖直放置在光滑圆弧形轨道上的物体作小幅度运动时就可以把它等效为单摆模型处理；研究跳水运动员时就要把跳水运动员看作全部质量集中在其重心的一个质点模型。
2、物理过程模型将实际物理过程进行处理，忽视次要因素，考虑主要因素；忽略个性，考虑共性，使之成为典型过程，即过程模型。
比如：匀速直线运动，匀变速直线运动，抛体运动，匀速圆周运动，简谐运动，质点运动的自由落体运动，完全弹性碰撞，电学中的稳恒电流，等幅振荡，热学中的等温变化、等容变化、等压变化、绝热变化等等都是物理过程、物理状态的模型。
探究中学物理解题中的构建理想模型法
探究中学物理解题中的构建理想模型法摘要：构建理想模型法是对物理现象、本质规律探索学习的一种方法，这种方法将现实的物质转化为理想的模型，促使学生在理解学习、物理解题时，更容易分析物理知识的核心内容，让学生一步步的深入到物理问题的解决中，是提升学生解题能力的重要方式。
关键词：物理模型；初中物理；模型法；解题能力引言：中学物理中的一些定律、问题的分析都是基于构建理想的模型上进行的，而构建理想模型法解题也具备抽象性、近似性、相对性和局限性等特点，凸显的是问题的主要因素，让学生在解题中对次要的因素进行理想化分析，针对不同的物理问题构建不同的理想模型，进而解决问题。
1.找出物理问题的题干中物理对象及关系，初步建立理想模型中学物理问题的出题方式，往往不仅是考查学生对某一知识点、物理规律的掌握运用，而是训练学生的物理思维、物理建模能力，物理问题的题干不会直接阐述物理对象中所含有隐形条件及物理对象之间的关系，甚至题干中还会出现许多干扰的因素，影响到的学生分析问题，而构建理想模型的方法，可以帮助学生的排除干扰因素，理想化干扰因素，对问题主要因素、问题的主要考查的知识点进行分析，而区分识别物理问题的题干中干扰因素，正确的找出物理问题的物理对象及对象关系是最为基础，也最为关键的环节，是学生初步搭建理想模型，完成解题过程的重要过程。
而在具体的实践中，教师可以依据教学的内容及进度，设置物理问题，让学生先学会找到所有的物理对象及物理关系，对题干的关键信息进行分析，之后再找出次要的、干扰的因素，进行理想化建模，帮助学生更简单的分析物理问题，具备解决物理问题的能力。
例如在中学物理有关“力”、“运动和力”的相关物理问题的解决中，物理问题的题干中往往含有多个物理对象及物理关系，需要学生能够找准物理对象及物理关系，进行理想化的建模，排除干扰的因素，分析问题，如有这样一道题物理问题“如图一，木块竖立在小车上，随小车一起以相同的速度在水平地面上向右做匀速直线运动，不考虑空气阻力，下列说法是否正确”，问题有四个选项，分别为A．如果小车突然停止运动，木块将向左倾倒B．木块对小车的压力与木块受到的重力是一对平衡力c.小车对木块的支持力与木块受到的重力是一对平衡力D.木块对小车的压力与地面对小车的支持力是一对相互作用力，根据四个选项，学生在解题当中需要具体的分析物体“小车与木块”的受力情况，题干直接示意不用考虑空气阻力的因素，那么学生可以建立理想化模型，分析物体间的摩擦力、重力、压力等物理关系，学生通过建立理想化的受力分析，将木块作为主要因素，找出其受力情况，理想化次要的摩擦力等因素，只考虑“竖直方向”受到的重力及小车对其的支持力为一对平衡力，找出正确的答案C。
物理学中常用的理想化模型
物理学中常用的理想化模型作者：谭伦明来源：《新课程学习·上》2013年第04期摘要：构建理想化模型是物理教学研究中的常用方法。
在处理实际问题中，如何构建模型的方法和对中学阶段常见物理模型的种类的了解，是处理问题的关键，怎样建立模型才能最接近于实际效果，这是解答物理实际问题的重要思路。
做好这些将会对物理教学起到事半功倍的作用。
关键词：理想化模型；常见模型种类；碰撞模型所谓理想化，就是借助于抽象和虚构一些与讨论问题相关的、同现实客体相结合的、但又不具有现实客体的其他各种复杂性的理想客体，并以他们来代替现实客体而进行研究的一种科学方法。
理想化方法是物理教学和研究的一种最基本也是最常用的一种方法，没有理想化就没有现代物理学，而客观世界的复杂性、多样性和统一性也需要理想化的观点。
在现实生活和学习中，实际问题往往是很复杂的，其中，包含一些非本质的枝节，对于某些具体问题来说，事物的各种特性中，有的属于本质特性，有的则属于非本质的特性；影响事物的各种因素中，有的属于主要因素，有的则属于次要因素；有的对事物的发展起决定作用，处于被支配的地位。
物理模型就是把实际问题理想化，先略去一些次要因素，而突出其主要因素，这样我们就可以得到一些简要的物理规律。
高中物理教学中理想化模型的应用十分广泛，无论是作为研究对象的物体、物体运动的变化，还是物体所处的环境和条件，都是以各种理想化的形式而出现的，它们都是从实际问题抽象出来的理想化的问题。
所以，我们在教学中应当对物理课本、习题、考试中所涉及的理想化模型都应该有一个清晰的认识，理解为什么必须对这些问题进行这样或那样的理想化处理，在什么条件下这些理想化的处理才是最有效的。
下面是我总结的中学物理教学、复习备考中常见的几种理想化模型。
一、质点模型在中学物理课本中，将一些物体看成质点就是在某些情况下，我们可以忽略物体的大小和形状，而突出“物体具有质量”这个要素，把它简化为一个有质量的物质点，这样的点称为质点；在另外一些情况下，我们虽然不能忽略物体的大小和形状，但是，可以用其上任意一点的运动来代替整个物体的运动，于是整个物体的运动也可以简化为一个点的运动，把物体的质量赋予这个点，它也就成了一个质点。
高中典型的物理模型及方法
●典型物理模型及方法◆1.连接体模型：是指运动中几个物体或叠放在一起、或并排挤放在一起、或用细绳、细杆联系在一起的物体组。
解决这类问题的基本方法是整体法和隔离法。
整体法是指连接体内的物体间无相对运动时,可以把物体组作为整体，对整体用牛二定律列方程隔离法是指在需要求连接体内各部分间的相互作用(如求相互间的压力或相互间的摩擦力等)时，把某物体从连接体中隔离出来进行分析的方法。
连接体的圆周运动：两球有相同的角速度；两球构成的系统机械能守恒(单个球机械能不守恒)与运动方向和有无摩擦(μ相同)无关，及与两物体放置的方式都无关。
平面、斜面、竖直都一样。
只要两物体保持相对静止记住：N=211212m F m F m m ++(N 为两物体间相互作用力),一起加速运动的物体的分子m 1F 2和m 2F 1两项的规律并能应用⇒F212m m m N+=讨论：①F 1≠0；F 2=0122F=(m +m )a N=m aN=212m Fm m +②F 1≠0；F 2≠0N=211212m F m m m F ++(20F=就是上面的情况)F=211221m m g)(m m g)(m m ++F=122112m (m )m (m gsin )m m g θ++F=A B B 12m (m )m Fm m g ++F 1>F 2m 1>m 2N 1<N 2(为什么)N 5对6=F Mm (m 为第6个以后的质量)第12对13的作用力N 12对13=Fnm12)m -(n ◆2.水流星模型(竖直平面内的圆周运动——是典型的变速圆周运动)研究物体通过最高点和最低点的情况，并且经常出现临界状态。
(圆周运动实例)①火车转弯②汽车过拱桥、凹桥3③飞机做俯冲运动时，飞行员对座位的压力。
④物体在水平面内的圆周运动（汽车在水平公路转弯，水平转盘上的物体，绳拴着的物体在光滑水平面上绕绳的一端旋转）和物体在竖直平面内的圆周运动（翻滚过山车、水流星、杂技节目中的飞车走壁等）。
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3.物理模型的特征：物理学是研究物质最普遍、最基本 的运动形式的基本规律的一门学科。这些运动形式包 括机械运动、分子热运动、电磁运动、原子及原子内 部微观粒子的运动等。由于自然界的物质种类繁多， 运动情况错综复杂，相互作用的物理过程常包含许多 矛盾，且各具特征，几乎任何一个具体问题都会牵涉 到诸多因素。因此在物理学的研究中为了抓住主要矛 盾，忽略次要矛盾，就必须要采用理想模型的研究方 法。理想模型是根据物理研究对象和问题的特点．撇 开、舍弃次要的、非本质的因素，抓住主要的、本质 的因素，从而建立起的一个易于研究的、能反映研究 对象主要特征的新形象。实际上．物理学中的研究客 体。许多都是利用科学抽象和概括的方法
2.处理问题的技巧：估算法，求极值法，微元法，等效 法，极限法，递推法，对称法，类比法等
（3）要透彻掌握典型物理模型的本质特征、不断积累典型 模型，并灵活运用他们。如研究碰撞时，总结出弹性碰撞和完 全非弹性碰撞两个模型，但后来发现一些作用时间较长的非碰 撞类问题，也有相同的数学形式，这就可以把这些问题也纳入 到这两个模型中去，直接应用这两个模型的结论。在粒子散射 实验中，粒子与重金属原子核的作用是非接触性的静电力作用， 由于动能守恒也可纳入弹性碰撞模型。
卢瑟福根据α粒
子散射提出原子核式结构
玻尔气体模型（气体分子极小之间无 相互作用，后来又提出有吸引力的刚性球模型推 导出范德瓦尔斯方程）
6.光的波动说和粒子说(两种模型最终提出光的“波 粒二象性”)
物理学的发展就是一个个模型的提出过程，模型的 提出是物理概念和规律得到了建立。那么我们学习 物理解决物理问题，从本质说就是探究、构建物理 模型的过程我们通常所要求的解题时应“明确物理 过程” 、“头脑中建立一副清晰的物理图景”，其 实就是要指导正确构建物理模型
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A
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A
B
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3.高中物理的动态模型
共点力作用下的动态平衡模型，直流电路动态分析 模型，变压器电路动态分析模型等。
四.运用模型处理问题
准确地建立模型，把握模型的要点使用好模型解 决问题的关键。这就需要我们在平时的学习中熟悉， 积累基本模型，这些模型来源于课堂老师讲授的基本 物理过程和典型问题，在此基础上要充分考虑题目给 出的条件和限制，也就是模型的要点，从而利用模型 顺利解题。
在高中物理学习的过程中，正确理解物理概念和物理规律的 基础上，分析物理过程，构建物理模型；启发培养学生多向思 维的意识和习惯，并使学生认识到解决问题的途径不是单一的， 而是多种的，即开放式的。这对推进素质教育，提高教学质量， 是非常重要的。
谢谢大家！
解决问题的一般方法总结：
审视物理情境
构建物理模型
还原物理结论
转化为数学问题
三.高中物理常见的基本物理模型总结
1.高中物理设计的基本理想化模型
（1）实体理想化模型：质点，轻杆，轻绳，轻弹簧， 点电荷，弹簧振子，单摆，理想气体，点光源，光 滑轨道，匀强电场，匀强磁场，理想变压器等；
（2）.过程化理想模型：匀速直线运动，匀变速直 线运动，平抛运动，匀速圆周运动，简谐运动，等 温变化，等压变化等；
（3）形象化理想模型：电场线，磁场线，等势面 等；
（4）理想化：结构模型：原子核式结构，氢原子能 级等。
2.高中物理常见复杂模型
追击相遇模型，小船渡河模型，机车启动模型，卫 星变轨模型，双星模型，碰撞模型，子弹打击木块 模型，人船运动模型，导电滑轨模型，远距离输电 模型，传送带模型等
S2
S1
20m
（2）理想化方法是构建物理模型的重要方法，理 想化方法的本质是抓住主要矛盾，近似的处理实 际问题。因此在分析问题时要养成比较、取舍的 习惯。
五.学好物理还需要掌握几种常见的物理思想方 法和处理问题的技巧
1.思想方法：理想模型法，整体法与隔离法，图像 法，等效法，微元法，猜想与假设法，临界分析法， 类比的思维方法，极限思维法，对称法，守恒的思 想方法，逆向思维法等
1.物理模型是人们按照科学研究的特定目的，在一定的 假设条件下，用物质的形式或思维形式再现原型客体 的某种基本特征，诸如关于客体的某种结构（整体或 部分的）、功能、属性，关系，过程等等。通过对中 物理模型的研究，来推至客体的某种性质或规律。这 种借助构建模型来获取关于客体的认识的方法，就是 物理学研究常用的模型方法。
解决问题的过程实质就是建立模型的过程
所谓“建模”就是将带有实际色彩的物理对象或 物理过程通过抽象、理想化、简化和类比等方法转 化成理想的物理模型。正确构建物理模型应注意以 下几点：
（1）养成根据物理概念和物理规律分析问题的思维 习惯。结合题目描述的现象、给出的条件，确定问题 的性质；同时抓住现象的特征寻找因果关系。这样能 为物理模型的构建打下基础。
1.牛顿万有引力定律与质点模型（质点模型引入解 决天体之间距离）
2.伽利略的惯性定律与理想实验模型（克服外力 对实验的影响）
3.热机效率与卡若的热机模型(循环模型由两个等温 过程和两个绝热过程组成，忽略工质温度变化和外 界热交换)
4.人类对原子结构的认识 与原子模型（汤姆逊根
据伦琴X射线提出枣糕模型