物理模型在教學中的運用

　　物理學是一門研究物質最普遍、最基本的運動形式的自然科學。而所有的自然現象都不是孤立的。這種事物之間復雜的相互聯系，一方面反映了必然聯系的規律性，同時又存在著許多偶然性，使我們的研究產生了復雜性。物理模型是在抓住主要因素忽略次要因素的基礎上建立起來的，它能具體、形象、生動、深刻地反映事物的本質和主流。如何在物理教學中巧妙地運用物理模型進行教學？我認為應該從以下幾個方面著手。
　　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。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。
　　二、中學物理中常見的物理模型
　　物理模型是物理思想的產物，是科學地進行物理思維并從事物理研究的一種方法。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，如質點，舍去物體的形狀、大小、轉動等性能，突出它所處的位置和質量的特性，用一有質量的點來描繪，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，也能當做質點來處理。
　　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.物理狀態和物理過程的模型化。
　　4.理想化實驗。在實驗的基礎上，抓住主要矛盾，忽略次要矛盾，根據邏輯推理法則，對過程進行進一步分析、推理，找出其規律。例如，伽利略的理想實驗為牛頓第一定律的產生奠定了基礎。
　　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。概念是客觀事物的本質在人腦中的反映，客觀事物的本質屬性是抽象的、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，利用理想化的概念模型解決實際問題。
　　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簡化。
　　3.構造過程模型，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過分解、簡化、抽象為簡單的、易于理解的物理過程。
　　四、使用模型應注意的問題
　　1.模型是在一定條件下適用的。建立物理模型，可使問題的處理大為簡化而又不會發生大的偏差。現實世界中，有許多事物與這種“理想模型”十分接近，在一定場合、一定條件下，作為一種近似，可以把實際事物當做“理想模型”來處理。但也要具體問題具體分析。例如，在研究地球繞太陽公轉運動的時候，由于地球與太陽的平均距離（約14960萬千米）比地球半徑（約6370千米）大得多，地球上各點相對于太陽的運動可以看做是相同的，即地球的形狀、大小可以忽略不計，這樣就可以把地球當做一個“質點”來處理。但在研究地球自轉時，地球上各點的轉動半徑不同，地球的形狀、大小不可以忽略，不能把地球當做一個“質點”來處理。
　　2.物理模型是在不斷完善發展的。隨著社會的不斷進步，人類對事物的本質的認識也是不斷深入和提高的，物理模型也相應地由初級向高級發展并不斷完善。例如，原子模型的提出就是一個不斷完善的過程。起初，人們認為原子是不可分的，其英文名稱atom的原意，即不可分割的意思。直到1897年湯姆生通過陰極射線實驗發現電子，揭開了原子結構的序幕，湯姆生認為：原子是一個球體，正電荷均勻分布在球內，電子像棗糕里的棗子那樣鑲嵌在原子里，這就是湯姆生的“棗糕式”原子模型，此模型能說明原子是中性的，并能說明輻射電磁波形成原子光譜，但解釋不了α粒子散射現象。盧瑟福進行了α粒子散射實驗，他認為：在原子的中心有一個很小的核，叫原子核，原子的全部正電荷和幾乎全部質量都集中在原子核里，帶負電的電子在核外空間繞核旋轉，這就是盧瑟福的“原子核式結構”模型，此模型可以解釋α粒子散射實驗，還可以估算出原子核的大小，但與經典電磁理論產生了兩個矛盾。玻爾為了解決上述矛盾，提出了原子的“軌道量子化”模型，這種模型的內容是三條假設：能級假設、躍遷假設、軌道假設。
　　總之，由于客觀事物具有多樣性，它們的運動規律往往是非常復雜的。因此我們不可能一下子把它們認識清楚。而采用理想化的客體（即物理模型）來代替實在的客體，就可以使事物的規律具有比較簡單的形式，從而便于人們去認識和掌握它們。建立正確的物理模型可使我們對物理本質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，物理模型在教學領域有著重要的價值。