淺談物理模型法在物理教學中的應用

（四川師范大學成龍校區(qū) 四川成都 610101）

物理學是一門基礎的自然科學，它所研究的是自然界中物質的基本結構、最普遍的相互作用、最一般的運動規(guī)律以及所使用的實驗手段和思維方法。

我們知道，所有的自然現(xiàn)象都不是孤立的，而是相互聯(lián)系、相互影響，并且這些聯(lián)系和影響往往是錯綜復雜的，使得物質的運動規(guī)律也變得非常復雜，為了更加方便地研究問題，抓住物理問題的本質，物理學上常常采用簡化或理想化的方法（也就是忽略事物的次要因素，考慮主要因素、以此得到的抽象事物，稱之為物理模型）。對實際問題進行抽象處理，構建出理想化的物理模型，這種方法我們稱之為物理模型法。

一、物理模型的分類有多種，在此我將物理模型分為三種：

1.物理對象模型

物理中常見理想模型：質點、剛體、彈性體、理想氣體、理想流體、彈簧振子、單擺、點電荷、試驗電荷、無限大平板、點磁荷、光線、薄透鏡、點光源、絕對黑體、湯姆遜模型、盧瑟福模型等。這些模型是實際物體在某種條件下的近似與抽象。

2.物理過程模型

實際物理過程在忽略某些次要因素時往往可抽象為一些理想化的變化過程，這樣的模型稱為過程模型。如質點運動的自由落體運動、勻速直線運動、勻變速直線運動、簡諧振動、完全彈性碰撞;熱學中的等溫變化、等容變化、等壓變化、絕熱變化等等都是物理過程、物理狀態(tài)的模型。

3.理想化實驗模型

在實驗的基礎上，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。伽利略著名的斜面實驗：伽利略通過科學推理，認為：如果一切接觸面都是光滑的，一個鋼珠從斜面的某一高度靜止?jié)L下，那么它必定到達另一斜面的同一高度，如果斜面變成水平面，則鋼珠會永不停止運動下去。在一定的實驗基礎上，伽利略提出了他的理想實驗，從而推倒了延續(xù)兩千年的“力是維持運動不可缺少”的結論，為慣性定律產(chǎn)生奠定了基礎。標志著物理學的真正開端。

二、物理模型突出反映了現(xiàn)實原型的某些特征，舍棄了它的另外一些特征，在物理教學中引導學生學會建立物理模型的方法，是物理教學中科學方法教育的一項重要內(nèi)容。可從以下幾個方面引導學生建立物理模型。

1.實驗或多媒體課件引導

實驗是物理學的基礎，所以，在建立物理模型時離不開實驗。其一般方法是先做有關實驗，使學生在腦海中留下一個直觀的、具體形象的物理模型，在此基礎上作抽象引導，形成一種思維輪廓，變成具有思維特征的物理模型。然后再利用學生思維中已建立起來的物理模型去解決一些實際問題。這樣建立起來的物理模型讓學生印象深刻。

例如：在講解簡諧振動這一物理過程模型時，首先演示水平彈簧振子的振動情況，然后提問：小球的運動和前面學習的勻速直線運動、勻變速直線運動有什么不同？運動有什么特點？小球的受力是怎樣的？若忽略任何阻力，運動能否持續(xù)進行下去？學生在相互討論并回答上面問題的基礎上，逐漸明白：彈簧振子的運動是小球在平衡位置的往復運動，受到跟位移的大小成正比且總是指向平衡位置的力的作用。最后說明簡諧振動是一種理想化的運動過程，這種運動過程只有在忽略阻力的情況下才存在的。這樣講解學生自然容易接受。

另外，利用現(xiàn)代的多媒體技術的強大功能，將一些難以用傳統(tǒng)手段完成的物理過程清晰地展現(xiàn)在學生的面前，讓學生有身臨其境的感覺，刺激感觀，形成深刻的感性認識，為學生建立物理模型提供感性材料也是極為有效的方法。

2.定義法

通過定義，進一步理解物理模型的內(nèi)涵有些物理模型的建立，沒有實驗可做，學生的感性知識又少，模型本身很抽象，這就需要從模型本身的特點先給予定義，然后在運用中進一步體會模型的內(nèi)涵。例如建立“理想氣體”模型，首先給出一個框架;嚴格遵守氣體實驗定律的氣體，稱為理想氣體。然后分析實際氣體與理想氣體的區(qū)別，并說明實際氣體在壓強不太大（與大氣壓強相比）、溫度不太低（與室溫相比）的情況下，可以近似視為理想氣體。最后運用理想氣體的定義處理具體問題。經(jīng)過一段時間的運用之后學生就會更加清晰理解“理想氣體“的內(nèi)涵，達到熟練掌握的程度。

3.通過大量舉例，引導學生建立物理模型

在學生已有知識的基礎上，通過舉例的方法，引導學生建立物理模型例如在建立“杠桿”這一物理模型時，先由學生熟悉的撬物體實例引出“杠桿”模型，并適當引導，分析杠桿模型的三個特征，使學生對杠桿模型有一個清晰的認識，突破辨認杠桿實例（如輪軸、滑輪等也是杠桿）這一教學難點，解決教學中一系列問題。

4.例題、習題中引導

強化對物理模型的理解建立物理模型在解答物理例題和習題中經(jīng)常起著決定性的作用。例如在題目中出現(xiàn)“接觸面光滑”意即不考慮摩擦;“兩物體間的距離遠大于它的線度”意為物體可以視為質點;“輕質彈簧”或“輕繩”即指不考慮彈簧或繩的質量……學生若不知道這些模型所包含的物理意義，則不能正確解答有關習題。所以教師在例題的教學中應該注意著重引導分析，首先讓學生理解題中的物理圖景，明確題中涉及的物理模型，然后再用相應的定理、定律來解題。

模型法是解決物理問題的重要而又基本的方法。正確運用模型法的關鍵在于： 正確分析各種因素對物理過程的影響，分清主次。突出主要矛盾，忽略次要因素。模型法的要點是近似處理，但是近似處理不能隨心所欲，既要有理論根據(jù)，又要和實際過程或科學實驗相符合，只有這樣，利用物理模型法才能有效提高物理課堂有效性。