淺談物理模型的構(gòu)建與物理思維的培養(yǎng)

[關(guān)鍵詞]物理模型 構(gòu)建 物理思維

學(xué)生在掌握物理知識的時，要提高分析問題、解決問題的能力，而物理問題的解決都建立在科學(xué)的物理模型上。因此，從實際情景中構(gòu)建物理模型，借助物理規(guī)律解決實際問題則成了一個重要環(huán)節(jié)。教師在平時的教學(xué)中更應(yīng)注意培養(yǎng)學(xué)生良好的物理思維和建立科學(xué)的物理模型的能力。

一、在實驗探究中，抽象問題模型化

在教學(xué)中，應(yīng)注意消除學(xué)生對物理這門學(xué)科的畏難思想和恐懼心理，盡量做到抽象問題具體化、模型化。首先，注意教具、學(xué)具的制作，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，做到既動腦又動手，學(xué)會抽象問題模型化；其次，利用小實驗、實驗課，讓學(xué)生對物理知識能有一個直觀具體的認(rèn)識；再次，在解答物理問題時，教師應(yīng)要求學(xué)生在審題和想象物理圖景后用示意圖把它畫出來。

二、解決問題近似、抽象化

實際物理問題千變?nèi)f化，錯綜復(fù)雜，為了對實際問題簡化，以便研究其中最本質(zhì)的部分，求得最簡單、普遍的規(guī)律，在解答問題時，必須對研究對象經(jīng)過想象轉(zhuǎn)化為物理模型，才能確定選用哪些知識解答問題，如，我們在研究太空中宇宙飛船的發(fā)射、運行等問題時，把衛(wèi)星和飛船都當(dāng)成“質(zhì)點”，衛(wèi)星、飛船繞地球的運動看成勻速圓周運動，把萬有引力當(dāng)成向心力來解決實際問題，這種近似科學(xué)的抽象，符合客觀實際，在物理教學(xué)中，教師應(yīng)注意培養(yǎng)學(xué)生對問題圖景合理轉(zhuǎn)化，建立良好的物理思維，構(gòu)建科學(xué)的物理模型。

三、實際運用構(gòu)建理想模型

1．在效果相同的條件下，用簡單易懂的理想化模型去等效要研究的實際問題

例1：如圖所示，在水平地面上有一輛運動的小車，車上固定一個盛水的杯子，杯子直徑為L，當(dāng)車向右做加速為a的勻加速運動時，水平呈圖示狀態(tài)，求液面的高度差h。

本題可假設(shè)在杯中水面上取一小滴水A，并把它等效為一個放在斜面上的小物體，從而構(gòu)建理想模型，設(shè)A的質(zhì)量為m，A受到重力和斜面的支持力作用，水平向右勻加速運動，則mgtanθ=ma，又tanθ=h/L，得h=aL/g。

2．巧選參考系建模

在求解物理問題時，選擇不同的參考系，建立的物理模型不同，求解過程也不同，所以，解題時要注意參考系的選擇。

例2：百貨大樓一、二樓間有一正以恒定速度向上運動的自動扶梯，某人以相對梯的速度V沿梯從一樓向上跑，數(shù)得梯子有N1級；到二樓后他又反過來以相對梯的速度V沿梯向下跑至一樓，數(shù)得梯子有N2級，那么，該自動扶梯實際為級。

設(shè)人相對扶梯的速度為V，扶梯相對地面的速度為U，扶梯實際的級數(shù)為N，級間距離為S。以地面為參考系時，人上樓時間為NS/（V+U），人下樓時間為NS/（V-U），以扶梯為參考系，人上樓時間為N1S/V，下樓時間為N2S/V，由兩參考系上樓、下樓時間均不變可列出方程，求出扶梯級數(shù)。

3．利用科學(xué)的近似，還原物理模型

例3：一架飛機(jī)以V1=600m/s的速度在空中勻速飛行，一只以V2=5m/s速度飛行的鳥迎面與飛機(jī)相撞，鳥身長L=20cm，質(zhì)量m=0.5kg，求飛機(jī)受到鳥的平均撞擊力？

物理原始模型是解決物理問題的歸宿，要還原物理模型，必須知道物體之間相互作用過程，進(jìn)行抽象，達(dá)到模型還原的目的。本題為一道物體碰撞問題，①由于飛機(jī)質(zhì)量遠(yuǎn)大于鳥的質(zhì)量，因此，鳥與飛機(jī)相撞后，不會改變飛機(jī)的運動狀態(tài)。②鳥與飛機(jī)相互作用時間很短，作用力巨大，鳥將會“粉身碎骨”，并與飛機(jī)以共同的速度運動，那么鳥碰飛機(jī)的過程可近似為一塊“橡皮泥”在瞬間粘到飛機(jī)上，模型得到了還原，問題也得到了圓滿的解決。

（作者單位：湖南衡東實驗中學(xué)）