談中學(xué)物理教學(xué)中的物理模型

摘 要：高中物理教學(xué)中模型建立以及建立方法是教學(xué)中重要的內(nèi)容，認(rèn)識并掌握這種模型是學(xué)好物理的重要前提。

關(guān)鍵詞：中學(xué)；物理教學(xué)；物理模型

中學(xué)物理教學(xué)中引導(dǎo)學(xué)生建立物理模型的方法是物理教學(xué)中一項重要的內(nèi)容，怎樣引導(dǎo)學(xué)生去建立，我們必須首先讓學(xué)生了解物理模型的重要性。

物理現(xiàn)象和物理過程都是復(fù)雜的，如果我們將所有的因素都點滴不漏地考慮進(jìn)去，必將增加分析問題的難度，甚至在中學(xué)階段無法研究解決問題。因此，為更好地揭示事物的本質(zhì)，人們往往把實驗和觀察所得的各種感想材料，去除那些并不重要的，把復(fù)雜具體的物理世界用簡單地理想化的模型來描述，現(xiàn)行教材都是在描述物理情景后再用簡單的模型抽象出來后來講解。縱觀教材，高中物理教材中常用的模型有下面兩種情況：

一、物理對象的模型化

物理想象中的某些實體模型化，如：質(zhì)點是忽略了物理形狀和體積大小、轉(zhuǎn)動等因素，而是主要突出了物體所處的位置和質(zhì)量，用一個有質(zhì)量的點來代替。類似的還有理想光滑面、彈簧振子、不伸縮的細(xì)繩（剛性繩）、輕桿（梁）、輕繩、輕滑輪、輕彈簧、點電荷、試探電荷、勻強(qiáng)電場、勻強(qiáng)磁場、理想變壓器、理想電表。這些均是將物體本身進(jìn)行理想化，抽象出我們要研究的問題的主要方面的對象。

二、狀態(tài)和過程的模型化

中學(xué)階段研究的問題均是理想化的情景，如質(zhì)點的運動中的勻速直線運動、勻變速直線運動、簡諧運動、平拋運動、勻速圓周運動還有恒定量如恒定電流、恒力等。其實無論是研究對象還是物體運動的變化，物體所處的環(huán)境和條件都是以某種理想化的形態(tài)而出現(xiàn)的，整理列舉出在中學(xué)課本中出現(xiàn)過的一些實例，有助于對問題進(jìn)行科學(xué)分析。

物理中涉及的都是從實際問題中抽象出來的問題，那么我們?yōu)槭裁幢仨氝M(jìn)行理想化的處理？下面我們以質(zhì)點為例來說明理想化的模型在中學(xué)物理中的重要性。

所謂質(zhì)點是指沒有大小和形狀的帶有質(zhì)量的點，任何物體都有一定的形狀和大小，由于這些特征的存在使得我們在研究物體的運動和物體所處的位置時很難確定，而質(zhì)點卻能為我們很好解決這一問題。

第一，我們要確定物體的位置，但因為實際物體上的各個不同的點所處的位置均不同，所以要嚴(yán)格確定物體在空間上的位置我們根本無法辦到，但是在研究問題時，物體在我們研究的空間中它的形狀和大小可以忽略的話，或者說相對于所處的空間物體的這些因素都不是主要的因素，即物體的線度和研究的空間相比較太微乎其微了，則我們可以用一個點來替代原來的物體，這時我們所關(guān)心的并不是它本身的形狀和大小。例如我們所說的“汽車進(jìn)站”，并不是說汽車上的哪個部分進(jìn)站了，實際上已經(jīng)將車用一個點來代替，因為汽車的大小與遙遠(yuǎn)的路程相比較來說實在是微乎其微的，將汽車看成一點來確定車的位置，并不會有多大的影響。在研究“地球繞太陽運動”時，給出地球到太陽的距離約為1.5×108 km。不是說地球上那一點到太陽那一點的距離是這個值。同樣是將太陽和地球看做一個點。雖然地球、太陽為龐然大物，但相對于它們的間距而言只是百分之一到千分之一，研究問題時對結(jié)果產(chǎn)生不了多大影響，故可以看成質(zhì)點，便于理論的研究。

第二，確定物體的運動形式，物體的運動有平動與轉(zhuǎn)動兩種基本形式，平動的物體由于它所有的點運動情況完全相同，故而可以用某個點代替整個物體的運動情況，可以看成質(zhì)點而忽略其形狀大小。例如，在平直公路上行駛中汽車上的車輪，研究整車的運動情景時，車輪的轉(zhuǎn)動忽略不計，則整車可視為平動物體，因而可看成質(zhì)點處理。故當(dāng)轉(zhuǎn)動的物體相對于所研究的問題時可以忽略不計。當(dāng)質(zhì)點處理只考慮它具有的質(zhì)量和占據(jù)空間中的位置兩個特性，這樣將物體抽象成簡單的模型，便于對其運動情形進(jìn)行具體的分析。

三、幫助學(xué)生建立物理模型的思想

首先，讓學(xué)生學(xué)習(xí)物理時要有建立模型的思想。中學(xué)生抽象思維能力和語言概括能力比較弱，觀察事物容易形成只看表面而忽視主觀臆斷的現(xiàn)象，學(xué)生會按照自己的思維走入死胡同。因此如何幫助他們建立抽象模型首先就需要他們頭腦中形成這樣的思想，例如，在斜面上運動的物體均簡化為小物體塊放在斜三角塊的情景。與物理教材對接，使分析和計算簡單化。

其次，可以通過實驗、例題以及給特定物理模型下正確的定義等各種方式。例如，我在教授學(xué)生學(xué)習(xí)超重失重的內(nèi)容時，問學(xué)生如果將一杯水豎直上拋出或斜拋出去，水會不會在空中流出來，學(xué)生們幾乎都回答：流出。我當(dāng)堂演示，結(jié)果并不流出來。由于過快看不清楚。我采用視頻演示，然后慢慢放，這樣我們通過實驗將水和杯過渡到“拋體運動”的模型上，其具體的加速度為g，處于完全失重的狀態(tài)。在處理用水柱沖擊煤墻、血管輸送血液、風(fēng)吹動風(fēng)車發(fā)電、涉及平均作用力和能量等問題的例題時，我們往往把類似的問題簡化成圓柱狀模型。通過例題的歸類，讓學(xué)生明白這類似的情景在解題時利用柱狀模型解題快捷，這是用例題的方式讓學(xué)生接受模型的思想。

老師在授課時也可以直接給出的物理模型。例如，研究分子的大小時，我們給出分子的球狀模型或者立方體模型，對細(xì)小的物體分析時直接將它定義為球狀等。當(dāng)學(xué)生接受這種觀點后，在以后處理問題時們就會自然考慮到曾經(jīng)學(xué)習(xí)過的物理模型而加以運用。讓學(xué)生通過建立模型的思想能在分析處理物理問題時抓住主要因素，將他學(xué)過的物理規(guī)律充分運用，這樣真正達(dá)到的教學(xué)效果。幫助學(xué)生正確建立和運用物理模型，不僅有助于他們演算習(xí)題，更有助于培養(yǎng)他們的抽象思維能力。

（作者單位 湖北省仙桃市漢江中學(xué)）