抓住物理模型教學(xué)中的兩個要點

物理學(xué)科的研究，以自然界物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和最普遍的運動形式為內(nèi)容。對于那些紛繁復(fù)雜事物的研究，首先需抓住其主要特征，舍去那些次要的因素，形成一種經(jīng)過抽象概括后的理想化的“典型”，并在此基礎(chǔ)上去研究“典型”，以發(fā)現(xiàn)其中的規(guī)律性，建立新的模型。這種以模型概括復(fù)雜事物的方法，是對復(fù)雜事物的合理的簡化。

在中學(xué)物理教學(xué)中，模型占有重要的地位。對模型進(jìn)行深刻的研究和分析，掌握模型的基本規(guī)律后，就相當(dāng)于掌握了一個模塊，利用一個一個這樣的模塊，就可以構(gòu)建復(fù)雜的物理問題；反之，復(fù)雜的物理問題也可以由此得解。（模塊是現(xiàn)代計算機(jī)軟件工程中的一個名詞，其意義是可以減少許多重復(fù)工程）在物理模型的教學(xué)中，我認(rèn)為要抓住下面兩點。

一、要將基本模型所涉及到的物理量、物理過程、物理規(guī)律、物理方法講透。基本模型是對物理現(xiàn)象的高度概括，其表現(xiàn)形式多種多樣，只有對基本模型理解透徹了，才能從問題中透過表象看到實質(zhì)，選用正確的模型求解。

比如2001年7月的一道高考題：

一升降機(jī)在箱底裝有若干個彈簧。設(shè)在某次事故中，升降機(jī)吊索在空中斷裂，忽略摩擦力，則升降機(jī)在從彈簧下端觸地后直到最低點的一段運動過程中：

A．升降機(jī)的速度不斷減小；B. 升降機(jī)的加速度不斷變大；C. 先是彈力做的負(fù)功小于重力做的正功，然后是彈力做的負(fù)功大于重力做的正功；D. 到最低點時，升降機(jī)加速度的值一定大于重力加速度的值。

在這道題中，選項ABC學(xué)生很容易分析，但對選項D，很多學(xué)生覺得不敢肯定。

學(xué)生按常規(guī)思維：當(dāng)升降機(jī)運動到最低點時，豎直方向受到兩個力作用，重力G和彈力N，且彈力大于重力。由牛頓第二定律可知：N－G＝ma，∴ a=■，a是否大于g要看N與G的大小情況，不能肯定。

從基本模型的角度講，升降機(jī)的運動可看作是彈簧振子運動的一部分。對于彈簧振子，在其振幅處加速度最大而速度為零。在豎直方向建立坐標(biāo)系，升降機(jī)在B點彈簧與地面接觸，在O點受力平衡，C點靜止為最低點。則升降機(jī)從B運動到C的過程可看作是彈簧振子運動的一部分，且在B處已經(jīng)有一定速度，故B不是振幅處，且B的加速度為g。而C是振幅處，其速度為零，加速度最大，大于B處的加速度g，故D答案正確。

這道題中，盡管彈簧與地面并沒有連接，但其運動規(guī)律與彈簧振子的運動一致，選用彈簧振子模型分析此題，簡潔明了。

怎樣將模型的物理量、物理過程、物理規(guī)律、物理方法講透呢？教學(xué)中，我試著從模型的建立、分析、整理的過程入手，在模型構(gòu)建的過程中加深學(xué)生的理解。如在講述豎直平面內(nèi)繩子拉著物體做圓周運動的模型時，要注意講清這樣幾個問題：①繩子是表象，實質(zhì)是只能提供向心方向作用力的問題；而木桿能提供離心方向的作用力，故不屬于這一類。②做圓周運動的臨界點是最高點，這是表象，實質(zhì)是臨界點不一定在最高點，而是繩子處于松弛即沒有作用力，而其它力的合力指向圓心提供向心力的點。③臨界狀態(tài)在最高點重力提供向心力，有mg=m■ ∴v=■ 這是表象，實質(zhì)是合力提供向心力，g可用g’代替，g’為合外力除以質(zhì)量。

這樣講述后，學(xué)生對這種圓周運動的規(guī)律就理解得更深刻了。當(dāng)做圓周運動的小球帶上了正電荷，處于水平向右的電場中，要使其能做圓周運動，其臨界點在哪兒，臨界速度為多少等等，就變得容易了；還有一種變形是繩子拉著小球在一個光滑的斜面上做圓周運動，求最低點的速度。對此，學(xué)生也可以先找出臨界點及臨界速度。只要對模型理解深刻了，其各種變形都能透過現(xiàn)象看到實質(zhì)，找出解法。

二、對物理模型要進(jìn)行一定程度的引申，當(dāng)模型所處的環(huán)境發(fā)生改變時，模型是否還成立？成立，則物理量還是不是原來的物理量，不是，應(yīng)如何修改；不成立，為什么不成立。

引申分為縱向引申和橫向引申。

縱向引申是指對模型進(jìn)行過程的前中后分析，不僅了解模型的結(jié)果，還分析模型的發(fā)展過程的每一個狀態(tài)。如動量守恒中的人船模型，對其進(jìn)行縱向引申，得出結(jié)論：你動我動，你快我快，你慢我慢，你停我停，你我速度與各自質(zhì)量成反比。在分析人站在車上用錘子打車這類問題時，學(xué)生不明白為什么錘子打在車上時車靜止，而“你停我停”就說明了這一點。橫向引申是模型的變形。如動量守恒中的人船模型，可變形為人從氣球上順著繩梯往下爬，下到地面的問題。

實踐證明，做好模型的教學(xué)，對學(xué)生形成正確的物理思維，靈活掌握物理方法、知識的遷移，利用已知探求未知的能力等都有較大的好處。

（作者單位：深圳市高級中學(xué)）

責(zé)任編輯 鄒韻文