物理模型在中學物理教學中的運用

徐志

摘 要：物理模型是在抓住主要因素忽略次要因素的基礎(chǔ)上建立起來的，它能具體、形象、生動、深刻地反映事物的本質(zhì)和主流。建立正確的物理模型可使我們對物理本質(zhì)的理解更加細致深入，對物理問題的分析更加清晰明了。所以，物理模型在教學領(lǐng)域有著重要的價值。

關(guān)鍵詞：物理模型；教學；運用

中圖分類號：G632 文獻標識碼：B 文章編號：1002-7661（2015）09-211-01

物理學是一門研究物質(zhì)最普遍、最基本的運動形式的自然科學。而所有的自然現(xiàn)象都不是孤立的。這種事物之間復雜的相互聯(lián)系，一方面反映了必然聯(lián)系的規(guī)律性，同時又存在著許多偶然性，使我們的研究產(chǎn)生了復雜性。物理模型是在抓住主要因素忽略次要因素的基礎(chǔ)上建立起來的，它能具體、形象、生動、深刻地反映事物的本質(zhì)和主流。

一、物理模型在教學中的作用

建立和正確使用物理模型可以提高學生理解和接受新知識的能力。例如，我們在運動學中建立了“質(zhì)點”模型，學生對這一模型有了充分的認識和足夠的理解，為以后學習質(zhì)點的運動、萬有引力定律、物體的平動和轉(zhuǎn)動，以及電學中的“點電荷”模型、光學中的“點光源”模型等奠定了良好的基礎(chǔ)。使學生學習這些新知識時容易理解和接受。

建立和正確使用物理模型有利于學生將復雜問題簡單化、明了化，使抽象的物理問題更直觀、具體、形象、鮮明，突出了事物間的主要矛盾。

建立和正確使用物理模型對學生的思維發(fā)展、解題能力的提高起著重要的作用?？梢园褟碗s隱含的問題化繁為簡、化難為易，起到事半功倍的效果。

二、中學物理中常見的物理模型

物理模型是物理思想的產(chǎn)物，是科學地進行物理思維并從事物理研究的一種方法。就中學物理中常見的物理模型，可歸納如下：

1、物理對象模型化。物理中的某些客觀實體，如質(zhì)點，舍去物體的形狀、大小、轉(zhuǎn)動等性能，突出它所處的位置和質(zhì)量的特性，用一有質(zhì)量的點來描繪，這是對實際物體的簡化。當物體本身的大小在所研究的問題中可以忽略，也能當作質(zhì)點來處理。類似質(zhì)點的客觀實體還有剛體、點電荷、薄透鏡、彈簧振子、單擺、理想氣體、理想電流表、理想電壓表等等。

2、物體所處的條件模型化。當研究帶電粒子在電場中運動時，因粒子所受的重力遠小于電場力，可以舍去重力的作用，使問題得到簡化。力學中的光滑面；熱學中的絕熱容器、電學中的勻強電場、勻強磁場等等，都是把物體所處的條件理想化了。

3、物理狀態(tài)和物理過程的模型化。例如，力學中的自由落體運動、勻速直線運動、簡諧運動、彈性碰撞；電學中的穩(wěn)恒電流、等幅振蕩；熱學中的等溫變化、等容變化、等壓變化等等都是物理過程和物理狀態(tài)的模型化。

4、理想化實驗。在實驗的基礎(chǔ)上，抓住主要矛盾，忽略次要矛盾，根據(jù)邏輯推理法則，對過程進一步分析、推理，找出其規(guī)律。例如，伽利略的理想實驗為牛頓第一定律的產(chǎn)生奠定了基礎(chǔ)。

5、物理中的數(shù)學模型?？陀^世界的一切規(guī)律原則上都可以在數(shù)學中找到它們的表現(xiàn)形式。在建造物理模型的同時，也在不斷地建造表現(xiàn)物理狀態(tài)及物理過程規(guī)律的數(shù)學模型。當然，由于物理模型是客觀實體的一種近似，以物理模型為描述對象的數(shù)學模型，也只能是客觀實體的近似的定量描述。例如，單擺作簡諧運動時，為什么要求擺角小于10度？這是因為只有在這種情形下，單擺的回復力才近似與位移成正比，才滿足簡諧運動的條件。

三、物理模型在教學中的運用

1、建立模型概念，理解概念實質(zhì)。概念是客觀事物的本質(zhì)在人腦中的反映，客觀事物的本質(zhì)屬性是抽象的、理性的。要想使客觀事物在人腦中有深刻的反映，必須將它與人腦中已有的事物聯(lián)系起來，使之形象化、具體化。物理模型大都是以理想化模型為對象建立起來的。建立概念模型實際上是撇開與當前考察無關(guān)的因素以及對當前考察影響很小的次要因素，抓住主要因素，認清事物的本質(zhì)，利用理想化的概念模型解決實際問題。如質(zhì)點、剛體、理想氣體、點電荷等等。學生在理解這些概念時，很難把握其實質(zhì)，而建立概念模型則是一種有效的思維方式。

2、認清條件模型，突出主要矛盾。條件模型就是將已知的物理條件模型化，舍去條件中的次要因素，抓住條件中的主要因素，為問題的討論和求解起到搭橋鋪路、化難為易的作用。例如，我們在研究兩個物體碰撞時，因作用時間很短，忽略了摩擦等阻力，認為系統(tǒng)的總動量保持不變。條件模型的建立，能使我們研究的問題得到很大的簡化。

3、構(gòu)造過程模型，建立物理圖景。過程模型就是將物理過程模型化，將一些復雜的物理過程經(jīng)過分解、簡化、抽象為簡單的、易于理解的物理過程。例如，為了研究平拋物體的運動規(guī)律，我們先將問題簡化為下列兩個過程：第一，質(zhì)點在水平方向不受外力，做勻速直線運動；第二，質(zhì)點在豎直方向僅受重力作用，做自由落體運動?？梢?，過程模型的建立，不但可以使問題得到簡化，還可以加深學生對有關(guān)概念、規(guī)律的理解，有利于培養(yǎng)學生思維的靈活性。

4、轉(zhuǎn)換物理模型，深入理解模型。通過對理想化模型的研究，可以完全避開各種因素的干擾，在思維中直接與研究對象的本質(zhì)接觸，能既快又準確地了解事物的性質(zhì)和規(guī)律。例如，建立起“單擺”這一理想化模型后，理解了單擺的周期公式，可以解決類似于單擺的一系列問題：在豎直的光滑圓弧軌道內(nèi)作小幅度滾動的小球的周期問題；在豎直的加速系統(tǒng)內(nèi)擺動的小球的周期問題；在光滑斜面上擺動的小球的周期問題。

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