2026高考蓝皮书高考关键能力培养与应用2.1　对象模型

物理专题二模型建构模型建构是物理学科最重要的研究方法之一,也是物理学科的核心特色。物理模型建构的本质是理想化思维,即通过对经验事实的观察与分析,剥离次要因素(如空气阻力、物体体积),提炼决定问题本质的关键要素(如质量、电荷量、力的作用),建立能反映客观规律的抽象模型。《普通高中物理课程标准》将“模型建构”列为科学思维四大主要要素(模型建构、科学推理、科学论证、质疑创新)之首,强调其在形成物理概念、理解规律中的基础作用。在高考评价体系中,模型建构能力是思维认知能力群的核心。一、模型建构的核心环节面对实际问题时,从实际情境到抽象模型的转化过程是关键,模型建构的思维流程可概括为

“三层次转化”,核心环节如下:1.情境解构:(1)明确研究对象(如质点、点电荷等),判断其物理属性(质量、电荷量、形状等)。(2)分析对象所处状态(如平衡态、加速态)和运动过程(如匀变速直线运动、圆周运动),识别关键条件(如忽略空气阻力、匀强电场等假设)。例:研究

“自由落体运动”

时,需忽略空气阻力,将物体抽象为只受重力的“质点”。2.模型匹配:根据对象、状态、过程的特征,匹配对应模型(如对象模型、状态模型、过程模型)。例:带电粒子在正交的匀强电场和匀强磁场中做匀速直线运动,可建构为

“速度选择器模型”(过程模型)。3.数学建模:(1)应用物理规律。根据模型调用对应公式或定理,将物理语言转化为数学表达式。例:速度选择器模型对应公式qE=qvB(电场力与洛伦兹力平衡)。(2)逻辑推理与运算。通过数学工具(如方程求解、矢量合成)推导结果,并结合实际情境验证合理性(如符号、数量级是否符合物理意义)。其流程如下图:选择研究对象、分析状态或过程→建构物理模型→确定物理原理→逻辑推理及运算二、中学物理模型分类中学物理模型主要分为三类基础模型和一类复杂情境模型,如下表所示:模型类型定义典型举例对象模型忽略对象次要特征,抽象为理想化实体质点、轻杆、理想气体、点电荷、纯电阻等状态模型描述对象的特定状态(如平衡、临界、极值等状态)共点力平衡状态、热平衡状态、静电平衡状态等过程模型忽略过程次要因素,简化为典型运动形式匀变速直线运动、平抛运动、简谐运动、电磁感应中的

“单杆切割磁感

线”

模型等模型类型定义典型举例复杂情境模型综合多种基础模型的复合情境,需拆解为多个子模型分析木板—物块叠放体的相对运动、带电粒子在交变电磁场中的运动、天体运动中的

“双星模型”

等以2023全国新课标卷第18题为例,若以带电粒子在叠加场中运动的常规思路分析,需要考虑场的方向、粒子电性、电荷量以及对应的受力及运动的多种可能情况,推理过程如下:若结合α粒子的运动情况构建出带电粒子在电场与磁场叠加场中的直线运动模型——速度选择器模型,分析即可简化为如下过程:下面将根据模型分类展开详细分析。

2.1对象模型对象模型是物理对象的静态抽象,可分为实体对象模型和场对象模型。实体对象模型如力学中的质点、轻质弹簧、弹性小球、刚性绳等,电磁学中的点电荷、平行板电容器、理想变压器、密绕螺线管等,热力学中的理想气体,光学中的薄透镜、均匀介质等。场对象模型如匀强电场、匀强磁场、引力场等。不同的对象模型有着不同的性质、特征,遵循着不同的规律,因此建构对象模型是解决物理问题的基础。对象模型常常对应着物理问题的研究对象。下面以点电荷模型、理想变压器模型、连接体模型、电容器模型为例加以说明。在具体题目中通常会遇到两种情况。第一种,题目中已经指明是某种模型,解题中直接利用相关模型的特点和规律分析问题,如2025湖南卷第6题,直接指明为理想变压器。第二种需要我们在分析后先构建物理模型再根据模型的特点和规律解决问题,如2025河北卷第8题,分析题干得出:真空中固定在绝缘台上的两个相同的金属小球,两者间距远大于小球直径,满足点电荷模型的条件,因此可将两金属小球视为点电荷。2.1.1点电荷模型点电荷模型是高中物理中典型的实体对象模型。带电体能视为点电荷的条件是带电体本身的大小与相互作用的带电体之间的距离相比要小得多。点电荷的概念类似于动力学中质点的概念。相关规律如下:点电荷相互作用力矢量,叠加原理:平行四边形定则求矢量和电场强度矢量,叠加原理:平行四边形定则求矢量和电势标量,叠加原理:代数和(正负号非常关键,代表大小)典型

例题

典例1

(多选)(2025河北卷,8)如图所示,真空中固定在绝缘台上的两个相同的金属小球A和B,带有等量同种电荷,电荷量为q,两者间距远大于小球直径,两者之间的静电力大小为F。用一个电荷量为Q的同样的金属小球C先跟A接触,再跟B接触,移走C后,A和B之间的静电力大小仍为F,则Q∶q的绝对值可能是(

)A.1 B.2C.3 D.5[模型建构]流程内容选取对象、分析状态对象:3个相同的金属小球状态:接触过程建构物理模型接触后的小球可看作点电荷确定物理原理库仑定律的应用和接触带电的均分原理逻辑推理及运算[答案]AD2.1.2

理想变压器模型理想变压器模型是电磁感应部分重要的对象模型。变压器的作用是改变交变电流的电压。生活中的变压器在使用时是存在能量损耗的,为了研究问题的方便,突出变压器的核心规律,中学阶段的变压器一般要进行理想化的处理。理想变压器以及原、副线圈基本量的关系理想变压器没有能量损失(铜损、铁损),没有磁通量损失(磁通量全部集中在铁芯中)基本关系功率关系原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率,P入=P出电压关系原、副线圈的电压比等于匝数比,U1∶U2=n1∶n2,与负载的多少无关基本关系电流关系只有一个副线圈时,I1∶I2=n2∶n1;有多个副线圈时,由P入=P出得I1U1=I2U2+I3U3+…+InUn或I1n1=I2n2+I3n3+…+Innn电阻关系频率关系f1=f2(变压器不改变交变电流的频率)典型

例题

[模型建构]流程内容选取对象、分析状态对象:灯泡亮度可调的电路状态:开关S与不同触点相连致使灯泡L亮度变化建构物理模型理想变压器(原线圈电路有电阻)确定物理原理原线圈有电阻的理想变压器模型,等效电阻的电路分析流程内容逻辑推理及运算流程内容逻辑推理及运算[答案]B2.1.3连接体模型多个相互关联的物体连接(叠放、并排或由绳子、细杆、弹簧等连接)在一起构成的系统称为连接体。连接体一般(包括含弹簧的系统在稳定时)具有相同的运动情况(速度、加速度)。1.常见的连接体(1)物物叠放连接体:两物体通过弹力、摩擦力作用,具有相同的速度和加速度。(2)轻绳连接体:轻绳在伸直状态下,两端的连接体沿绳方向的速度总是相等。

速度、加速度相同

速度、加速度大小相等,方向不同

(3)轻杆连接体:轻杆平动时,连接体具有相同的平动速度。

速度、加速度相同

(4)弹簧连接体:在弹簧发生形变的过程中,两端连接体的速度、加速度不一定相等;在弹簧形变最大时,两端连接体的速度、加速度相等。2.基本方法(1)整体法当连接体内(即系统内)各物体的加速度相同时,可以把系统内的所有物体看成一个整体,分析其受力和运动情况,运用牛顿第二定律对整体列方程求解。(2)隔离法当求系统内物体间相互作用的内力时,常把某个物体从系统中隔离出来,分析其受力和运动情况,再用牛顿第二定律对隔离出来的物体列方程求解。

(2)关联速度连接体,分别对两物体受力分析,分别应用牛顿第二定律列方程,联立方程求解。典型

例题

典例3

(2025安徽卷,5)如图所示,装有轻质光滑定滑轮的长方体木箱静置在水平地面上,木箱上的物块甲通过不可伸长的水平轻绳绕过定滑轮与物块乙相连。乙拉着甲从静止开始运动,木箱始终保持静止。已知甲、乙质量均为1.0kg,甲与木箱之间的动摩擦因数为0.5,不计空气阻力,重力加速度g取10m/s2,则在乙下落的过程中(

)A.甲对木箱的摩擦力方向向左B.地面对木箱的支持力逐渐增大C.甲运动的加速度大小为2.5m/s2D.乙受到绳子的拉力大小为5.0N[模型建构]流程内容选取对象、分析状态对象:甲、乙两物块状态:甲、乙两物块以大小相等、方向不同的加速度做匀加速直线运动建构物理模型连接体模型确定物理原理连接体模型中整体法和隔离法的运用,牛顿第二定律流程内容逻辑推理及运算因为甲向右运动,木箱静止,根据相对运动,甲对木箱的摩擦力方向向右,A项错误设乙运动的加速度为a,乙有竖直向下的恒定加速度,对甲、乙和木箱,由整体法,在竖直方向受力分析,有FN=m总g-m乙a,则地面对木箱的支持力大小不变,B项错误设绳子的弹力大小为FT

,对甲受力分析有FT-μm甲g=m甲a,对乙受力分析有m乙g-FT=m乙a,其中m甲=m乙,联立解得a=2.5

m/s2,FT=7.5

N,C项正确,D项错误[答案]C2.1.4

电容器模型

典型

例题

典例4

(2025江苏卷,9)如图所示,平行金属板与电源连接。一点电荷由a点移动到b点的过程中,电场力做功为W。现将上、下两板分别向上、向下移动,使两板间距离增大为原来的2倍,再将该点电荷由a移动到b的过程中,电场力做功为(

)

[模型建构]流程内容选取对象、分析状态对象:平行板电容器中的一个点电荷状态:点电荷在两极板移动前、后的运动过程建构物理模型平行板电容器模型确定物理原理电压U不变的电容器分析、电场力做功的计算逻辑推理及运算[答案]A题号选题理由1通过莱顿瓶这种特殊的电容器来建构平行板电容器模型,考查平行板电容器电容的决定式、电容的概念、电容的定义式等知识点,基础性较好,物理模型明确2以不等量的点电荷为模型,通过电势的基本公式或电场强度的叠加与分布用图像的方法考查电势分布规律3以电容式加速度仪为情境,构建平行板电容器模型,考查平行板电容器的基本知识题号选题理由4通过电子打火灶构建理想变压器模型,考查理想变压器的电压关系和电流关系5通过无人机吊重物形成的连接体模型,考查牛顿第二定律、惯性等概念6通过理想变压器(原线圈含有电阻)问题,考查学生关于电路分析问题的能力1.(2025上海一模)莱顿瓶是一种早期的电容器,主要部分是一个玻璃瓶,瓶里、瓶外分别贴有锡箔,瓶里的锡箔通过金属链跟金属棒连接,金属棒的上端是一个金属球,通过静电起电机连接莱顿瓶的内、外两侧可以给莱顿瓶充电,下列说法正确的是(

A

)A.充电电压一定时,玻璃瓶瓶壁越薄,莱顿瓶能容纳的电荷越多B.瓶内、外锡箔的厚度越厚,莱顿瓶容纳电荷的本领越强C.充电电压越大,莱顿瓶容纳电荷的本领越强D.莱顿瓶的电容大小与玻璃瓶瓶壁的厚度无关【模型建构】

流程内容选取对象、分析状态对象:莱顿瓶状态:平行板电容器的充电过程建构物理模型平行板电容器模型确定物理原理电容的定义式和电容的决定式流程内容逻辑推理及运算2.(2025山东泰安模拟)真空中有电荷量为+4q和-q的两个点电荷,分别固定在x轴上-1和0处。设无限远处电势为0,则x正半轴上各点电势φ随x变化的图像正确的是(

D

)【模型建构】

流程内容选取对象、分析状态对象:真空中的两个点电荷状态:两点电荷位置固定,其附近的电场强度、电势可求建构物理模型点电荷模型确定物理原理电势的叠加原理逻辑推理及运算

【模型建构】

流程内容选取对象、分析状态对象:中间连接有绝缘轻弹簧的平行板电容器状态:加速度变化使两极板间距变化建构物理模型A、B两带电极板构成平行板电容器确定物理原理电容器电荷量一定,板间电场强度恒定;牛顿第二定律逻辑推理及运算

【模型建构】

流程内容选取对象、分析过程对象:原、副线圈匝数分别为n1和n2的变压器过程:变压器升压至峰值大于10

kV建构物理模型变压器均为理想变压器确定物理原理流程内容逻辑推理及运算5.(2025河南卷,1)野外高空作业时,使用无人机给工人运送零件。如图所示,某次运送过程中的一段时间内,无人机向左水平飞行,零件用轻绳悬挂于无人机下方,并相对于无人机