高中物理教學中的物理模型化方法

楊正祥

現(xiàn)行高中物理教材中，無論哪一部分內容都以物理模型為基礎向學生傳授知識，可以說，物理模型是中學物理知識的載體。在高中物理教學中對物理模型進行構建，既是學生獲得物理知識的一種基本方法，更是培養(yǎng)學生創(chuàng)造性思維能力的主要途徑。物理模型是物理學家在對原形客體本質有一定認識后對客體進行一系列研究和思考，然后建立的一個基于一類問題的解決方法的有效模型，模型化可以使很多物理問題得到有效的簡化和解決。作為教師，無論是以教學生知識的角度還是以教學生應試技巧的角度，都應對此加以思考。對此，許多同仁們提出了許多優(yōu)秀的意見和方法。我作為一名一線教師，也在此提出一些膚淺的思考，不足之處，敬請見諒。

一、物理模型化的含義

物理模型化是指建立物理模型，研究和學習物理知識、分析和處理物理問題的一種方法，人們在處理復雜物理問題時將復雜的實際情況轉化成容易接受的簡單的物理情境，從而形成一定的經驗規(guī)律，即建立物理模型，物理模型可分為以下幾類。

（一）結構模型

即將一些不具備實體的物理量由抽象理解轉化為形象描述，如電場線、磁感線等。

（二）過程模型

指對物理過程進行抽象分析，設定物理情境，解決物理問題，如平拋運動、天體運動等。

（三）問題模型

即對一類問題歸納總結，形成解決該類問題的方法模型，如子彈打木塊、人船模型等。

（四）實物模型

將一個實物抽象成一個概念，能夠完成思維實驗的模型，如質點、點電荷、理想電容器等。

二、運用物理模型求解物理問題的基本步驟

怎樣運用物理模型分析處理物理問題？基本步驟可歸納為：仔細審題。認清物理現(xiàn)象、物理過程和物理情境，尋找物理規(guī)律，找出物理問題中的關鍵因素；以知識為鏈接。尋找已知的相關知識和物理規(guī)律，對問題進行綜合分析，仔細審查，考慮可能和規(guī)律相關的物理情境，簡單地說，即將抽象物理情境轉化為物理模型；選擇相關物理知識和規(guī)律求解問題。

三步中，第二步是關鍵，即如何把物理現(xiàn)象和情境物理模型化，下面通過兩個簡單例子說明。

例1：如圖，一小段光滑圓弧對應的圓心角小于10°，其對應的圓半徑為R，且圓弧長遠小于其半徑，可視為質點的小球A從圓弧左側自由滑下。同時，在圓弧正中央的圓心處另有一個相同小球B自由落下（不計阻力），問兩小球到圓弧底所用時間哪個長？

又如，例2：一輕彈簧一端豎起固定在地面上，一可視為質點的小球從其正方某點自由下落，從小球剛接觸到彈簧到壓縮至彈簧最低處的過程中，下列說法正確的有（不計空氣阻力，且彈簧處于彈性限度內）（ ）。

A、小球速度越來越大；

B、小球速度先增大后減小；

C、小球在最低處時，其加速度小于重力加速度g；

D、小球在最低處時，其加速度大于重力加速度g。

本題AB選項容易判定，由小球受力分析，不難得出小球在彈簧上先作加速度減小的加速運動，再作加速度增大的減速運動，故可知A錯、B對，但對C、D選項的判定就比較困難，但認真審題，“豎直輕彈簧，不計阻力等”，再與豎直彈簧振子聯(lián)系起來，就可將小球在彈簧上的運動與豎直彈簧振子的運動對應起來，如圖，其中O為平衡位置，BC關于O點對稱，利用彈簧振子模型和運動的對稱性特征不難得出，其在最低處的加速度大于重力加速度g。

從以上2個例子可以看出，將物理問題轉化為常見的物理模型是解決相應問題的關鍵，我們在求解相應問題時需認真審題，將相應的物理問題與常用、常見的物理模型對應起來，利用常用模型的處理方法和思路以及所遵守的一般性規(guī)律處理某些物理問題可事半功倍。

對高中生而言，物理模型的構建要求不高，只要能正確地構建出物理規(guī)律的直接模型就可以了，作為教師，就需要我們在教學中教會學生不斷加強對物理規(guī)律的認識和理解，努力培養(yǎng)學生的思維能力，多把自己構建模型的思路講給學生，讓學生自己掌握構建物理模型的基本方法，同時在教學中，可以傳授給學生構建好的物理模型，特別是難度較大的模型結構，給學生一定的提示，使他們能輕松地完成模型構建。

三、構建使用物理模型注意的事項

（一）物理規(guī)律的正確掌握

一旦構建物理模型后便會被廣泛地應用于解決類似問題，一旦構建中的任何規(guī)律出現(xiàn)了錯誤，就會導致整個模型錯誤，所以正確把握理解物理規(guī)律是構建正確的物理模型的前提。

（二）模型的抽象和簡化正確

為了能廣泛地應用一個模型，我們要盡可能簡單地完成物理模型的構建。簡化物理模型是目標，但在簡化過程中，必須注意簡化的條件和基本模型，如過于簡化，就會使模型不能直接使用，出現(xiàn)無效的情況。

（三）模型使用的匹配度

物理模型并不完全獨立，可能會有相似的模型存在，區(qū)分模型，并在使用時找出相匹配的模型，需要學生在平時多思考、多積累。

總之，物理學習必須講究方法，掌握正確的方法才能事半功倍，構建和正確使用物理模型可以使物理學習難度降低，不管是學生還是教師，都需要認真思考、總結。

（責編 唐琳娜）