巧建物理模型 提高復(fù)習(xí)實(shí)效

朱傲雪

（淮安市楚州中學(xué)，江蘇 淮安 223200）

1 關(guān)于物理模型

所謂物理模型，就是在物理學(xué)中人們?yōu)榱搜芯课锢韱?wèn)題的方便和探討物理事物的本質(zhì)而對(duì)所研究對(duì)象的一種簡(jiǎn)化的描述或模擬，或者是對(duì)實(shí)際問(wèn)題忽略次要因素、突出主要因素，經(jīng)過(guò)科學(xué)抽象而建立的新的物理形象.它分為對(duì)象物理模型（如質(zhì)點(diǎn)、單擺、點(diǎn)電荷等），過(guò)程物理模型（如勻速直線運(yùn)動(dòng)、勻加速直線運(yùn)動(dòng)、彈性碰撞等），條件物理模型（如光滑平面、輕繩、均勻介質(zhì)等）.

物理模型是物理知識(shí)的載體，通過(guò)對(duì)其進(jìn)行分析和講解，是學(xué)生獲得知識(shí)的一種基本方法，更是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造思維能力的重要途徑.學(xué)生在物理學(xué)習(xí)中如果不會(huì)構(gòu)建物理模型或不會(huì)應(yīng)用物理模型就將給物理學(xué)習(xí)帶來(lái)困難.筆者就高三物理復(fù)習(xí)中幾道典型的習(xí)題，談?wù)剬?duì)如何培養(yǎng)學(xué)生構(gòu)建物理模型的一些思考.

2 構(gòu)建物理模型的途徑

要提高學(xué)生的建模能力，就必須要對(duì)學(xué)生的建模意識(shí)進(jìn)行培養(yǎng).到了高三，學(xué)生已經(jīng)基本了解了常見(jiàn)的物理模型，但解題時(shí)由于缺乏構(gòu)建物理模型的主動(dòng)意識(shí)，即便是已知的物理模型，也無(wú)法靈活遷移，運(yùn)用到具體的題目中來(lái).

有鑒于此，筆者認(rèn)為，復(fù)習(xí)過(guò)程中應(yīng)將建模意識(shí)貫穿于我們教學(xué)的始終，長(zhǎng)此以往，學(xué)生就會(huì)逐漸熟悉并掌握這種科學(xué)研究的思維方法，形成良好的思維品質(zhì)，使構(gòu)建物理模型的意識(shí)真正成為學(xué)生思考問(wèn)題的方法和習(xí)慣，從而提高學(xué)生的解題能力，提高復(fù)習(xí)的效率和質(zhì)量.

具體做法是：在分析問(wèn)題時(shí)，先引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)題設(shè)條件，從物理規(guī)律出發(fā)，通過(guò)分析、綜合、類(lèi)比等，從紛繁復(fù)雜的問(wèn)題中抽象、構(gòu)造出我們熟悉的物理模型，然后應(yīng)用掌握的相關(guān)知識(shí)予以解決.

那么，一般來(lái)說(shuō)，構(gòu)建物理模型有哪些途徑呢？下面舉例說(shuō)明.

2.1 緊扣關(guān)鍵詞句

物理問(wèn)題中常有一些如最大、最小、恰好、緩慢等關(guān)鍵詞語(yǔ)，弄清這些詞語(yǔ)的含義，就能較容易地建立物理模型.

圖1

例1.如圖1電路中，R1＝2Ω，R2＝R3＝3Ω，滑動(dòng)變阻器的最大阻值R4＝6Ω，電源的內(nèi)阻r＝1Ω，開(kāi)關(guān)閉合后，當(dāng)滑動(dòng)變阻器a P段阻值RaP為多少時(shí)，電阻R2、R3和滑動(dòng)變阻器R4獲得的總功率為最大？

2.2 明確物理過(guò)程

解題時(shí)，應(yīng)重視對(duì)基本物理過(guò)程的分析，掌握每個(gè)過(guò)程的特點(diǎn)和每個(gè)過(guò)程遵循的基本規(guī)律.該分則分，宜合則合，將物理過(guò)程的分析與研究對(duì)象及規(guī)律的選用，加以統(tǒng)籌考慮，建立準(zhǔn)確的過(guò)程物理模型，以求最佳、最妙的思路.

例2.一車(chē)隊(duì)從同一地點(diǎn)先后開(kāi)出n輛汽車(chē)，在平直公路上排成直線行駛，各車(chē)均由靜止出發(fā)先做加速度為a的勻加速直線運(yùn)動(dòng)，達(dá)到同一速度v后改做勻速直線運(yùn)動(dòng)，欲使n輛汽車(chē)都勻速行駛時(shí)彼此距離均為s，則各輛車(chē)依次啟動(dòng)的時(shí)間間隔為（不計(jì)汽車(chē)的大?。?/p>

圖2

解析：我們先來(lái)看這樣一個(gè)問(wèn)題：如圖2所示，水平傳送帶以恒定的速度v傳送工件，工件都是無(wú)初速度地放到傳送帶上的，工件與傳送帶間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ，放工件的時(shí)間間隔為T(mén)，且每當(dāng)后一個(gè)工件放到傳送帶上時(shí)，前一個(gè)工件在傳送帶上已經(jīng)停止相對(duì)滑動(dòng)，求傳送帶上相對(duì)靜止的工件間的距離.考慮到每個(gè)工件放到傳送帶上去之后，相對(duì)傳送帶向后滑動(dòng)的距離都是相等的，如同放上去就固定在傳送帶上那樣，故兩相臨工件的距離為Δs＝v T.

圖3

2.3 挖掘隱含條件

高考物理之所以難，不僅因?yàn)檫^(guò)程復(fù)雜多變，還由于潛在條件隱蔽難尋，使人產(chǎn)生條件不足之感而陷入困境.若不仔細(xì)閱讀、一掃而過(guò)，挖掘不出這些條件，則無(wú)法建立正確的物理模型，而失去了解決問(wèn)題的機(jī)會(huì).

圖4

圖5

2.4 抓住本質(zhì)特征

在研究實(shí)際問(wèn)題時(shí)，學(xué)生的思維很容易受到問(wèn)題表象的干擾，難以抓住對(duì)象的本質(zhì)特征，因而難以從實(shí)際問(wèn)題中抽象出物理圖景和物理模型，形成認(rèn)識(shí)上的思維障礙.這種情況在學(xué)生遇到較為新穎的物理情景時(shí)表現(xiàn)得更加突出，常常令學(xué)生感到無(wú)從下手.

例4.如圖6甲所示，為某制藥廠自動(dòng)生產(chǎn)流水線的一部分裝置示意圖，傳送帶與水平面的夾角為α，O為漏斗口，要使藥片從漏斗中出來(lái)經(jīng)光滑滑槽送到傳送帶上，設(shè)滑槽的擺放方向與豎直方向的夾角為β，則β為多大時(shí)，可使藥片滑到傳送帶上的時(shí)間最短.

圖6

3 運(yùn)用物理模型的反思

實(shí)際教學(xué)中，要注意物理模型運(yùn)用的條件及各種不同的情況.如“輕繩”模型，必須弄清楚，這里的“輕”究竟是什么意思？“輕”到什么程度？要明確“輕”指的是“質(zhì)量不計(jì)”（類(lèi)似的還有 “輕桿”、“輕彈簧”等）.如果題中要考慮繩子的質(zhì)量，情況就不一樣了，就不是“輕繩”模型了.

例5.甲、乙兩隊(duì)進(jìn)行拔河比賽，結(jié)果甲隊(duì)獲勝，若拔河用的粗繩的質(zhì)量不能忽略，則比賽過(guò)程中

（A）甲隊(duì)拉繩子的力等于乙隊(duì)拉繩子的力.

（B）甲隊(duì)與地面的摩擦力大于乙隊(duì)與地面的摩擦力.

（C）甲、乙兩隊(duì)與地面的摩擦力大小相等、方向相反.

（D）甲通過(guò)繩拉乙的力與乙通過(guò)繩拉甲的力是一對(duì)作用力與反作用力.

解析：本題正確選項(xiàng)為（B）.若沒(méi)看清已知條件 “拔河用的粗繩的質(zhì)量不能忽略”，還是當(dāng)成“輕繩”模型，容易誤選（A）.所以，解題時(shí)務(wù)必看清條件，避免生搬硬套、建立錯(cuò)誤的物理模型，因“思維定勢(shì)”而導(dǎo)致錯(cuò)誤.

教師在教學(xué)中應(yīng)重視物理模型的構(gòu)建和建模意識(shí)的培養(yǎng).通過(guò)構(gòu)建物理模型，學(xué)生不僅僅能記住一些零碎的、片面的、孤立的概念與原理，而且有助于獲得結(jié)構(gòu)化的、系統(tǒng)的、整合的知識(shí)，因而對(duì)紛繁復(fù)雜的物理現(xiàn)象、物理問(wèn)題可以形成多角度的、豐富的理解，在面對(duì)新問(wèn)題時(shí)，能靈活利用這些知識(shí)解釋新現(xiàn)象，想出好辦法，形成解決各種問(wèn)題的程序.對(duì)周?chē)畹膶?shí)際問(wèn)題建立物理模型有助于激發(fā)學(xué)生對(duì)物理的興趣和探索自然的欲望，這樣也將提高了復(fù)習(xí)的實(shí)效.同時(shí)，在培養(yǎng)學(xué)生構(gòu)建物理模型的過(guò)程中，物理思維的訓(xùn)練也在潛移默化地進(jìn)行著.

1 朱培超，何光普，鮮欣宇.物理模型在中學(xué)物理教學(xué)中的應(yīng)用研究.重慶工業(yè)高等專(zhuān)科學(xué)校學(xué)報(bào)，2004（5）.

2 雷曉蔚，程正富，王驚雁，孫鷹帝.物理模型的理論分析與構(gòu)建.重慶文理學(xué)院學(xué)報(bào)，2007（2）.