建模思想在中學物理教學中的滲透

　　學生要想學好物理，關鍵是學習物理思想和物理方法。所謂物理思想和物理方法，是指在處理物理問題中所用到的具有條理性、抽象性、解析性、技巧性的思維方法與技巧。條理性表現為嚴謹和規范；抽象性表現為提升和精煉思維；解析性表現為啟發和解釋問題；技巧性表現為簡化和方便的作用。物理中每一個概念、規律的建立和發現，都包含了許多科學思維的應用和科學精神的體現，如外推法、等效法、對稱法、理想法、假設法、逆向思維法、類比和遷移法等。
　　構建模型是科學研究的基本思想方法之一，物理模型是以實物或畫圖的形式，直觀地表達認識對象的特征。中學物理模型一般可分對象模型、過程模型、方法模型。
　　一、對象模型
　　模型是對實際問題的抽象，每一個模型的建立都有一定的條件和使用范圍。對象模型包括力學中的質點、輕質彈簧、彈性小球等；電磁學中的點電荷、平行板電容器、密繞螺線管等；氣體性質中的理想氣體；光學中的薄透鏡、均勻介質等。空間場物質模型有勻強電場、勻強磁場等。學生在學習和應用模型解決問題時，要弄清模型的使用條件，根據實際情況加以運用。
　　比如一列火車的運行能否看成質點，要根據質點的概念和所研究火車運動的情況而定。在研究火車過橋所需時間時，火車的長度相對于橋長來說，一般不能忽略，所以不能看成質點；在研究火車從北京到上海所需的時間時，火車的長度遠遠小于北京到上海的距離，可忽略不記，因此火車就可以看成質點。再比如應用庫倫定律解題時，一定要注意兩個物體是否可以看作點電荷。如“當真空中的兩個點電荷間的距離r→0時，它們之間的靜電力F→∞”這句話是不正確的。
　　二、過程模型
　　在研究質點運動時，如勻速直線運動、勻變速直線運動(自由落體運動模型)、勻速圓周運動(帶電粒子只有勻強磁場作用時的運動模型，研究天體運動時一般把天體運動看作勻速圓周運動)、勻變速曲線運動（平拋運動模型）、簡諧運動（單擺模型和彈簧振子模型）等；還有一些物理量的均勻變化的過程，如某勻強磁場的磁感應強度均勻減小、均勻增加等；非均勻變化的過程。再如講解回旋加速器的原理時，筆者是這樣引入的：如何給一個粒子加速？學生想到圖1。在電壓值有限時如何將粒子加到盡量大的速度？學生想到圖2。
　　如果空間不允許你應如何想辦法來節省空間？學生想到讓粒子回旋。此時給出回旋加速器的原理如下圖，D1和D2是兩個中空半徑為R的半圓金屬盒，它們接在電壓一定、頻率為f的交流電源上，位于D1圓心處的質子源A能不斷產生質子（初速度可以忽略，重力不計），它們在兩盒之間被電場加速，D1、D2置于與盒面垂直的磁感應強度為5gNimo9hhz+RCoeFAxZMLg==B的勻強磁場中。學生不難看出此模型中有兩個運動過程模型——勻加速直線運動和勻速圓周運動。
　　三、方法模型
　　1.對稱法
　　它是利用物理學中存在的各種對稱關系分析問題和處理問題的方法。如靜力學中所研究的對象有些具有對稱性，模型的對稱往往反映出物體或系統受力的對稱性。
　　2.正弦定理法
　　當三力平衡時，三個力可構成一個封閉的三角形，若由題設條件尋找到角度關系，則可用正弦定理列式求解。
　　3.相似三角形法
　　利用力的三角形和線段三角形相似的方法。在解答物體受三個力的動態平衡之類問題時，用相似三角形法可以使問題變得非常簡單。
　　4.圖像法
　　如測定電源電動勢和內阻數據處理，學生首先想到的肯定是列方程組解出E和r，通過實際演練、小組交流、討論，發現作U-I圖像處理數據要更簡單、準確。
　　5.等效交換法
　　它是指人們在解決問題的過程中，從事物間等同效果出發，找出其共性特征，用熟悉簡單的模型，對研究的對象、過程等進行轉換、替代處理的一種方法。例如由合力與分力的關系在分析力的作用效果時，可以將研究幾個分力的作用轉換為研究合力的作用效果，根據牛頓第三定律在求某個作用力時可以先求其反作用力。
　　（作者單位：江蘇省江安高級中學）