談物理模型在高中物理學(xué)習(xí)中的作用

摘要：物理模型是高中物理經(jīng)常用到的解題技巧，對(duì)學(xué)生學(xué)好物理有顯著的作用效果。文章結(jié)合高中物理知識(shí)內(nèi)容，對(duì)物理模型進(jìn)行簡(jiǎn)要闡述，進(jìn)而淺析物理模型在高中物理學(xué)習(xí)中所發(fā)揮的關(guān)鍵作用。

關(guān)鍵詞：高中物理；物理模型；教學(xué)作用

一、 關(guān)于物理模型

在研究物理過(guò)程時(shí)，物理模型是對(duì)問(wèn)題的主要因素和物體之間存在的關(guān)系進(jìn)行研究，進(jìn)而總結(jié)出事物的物理規(guī)律。比如伽利略的理想實(shí)驗(yàn)是一個(gè)經(jīng)典的物理模型，同時(shí)也是一個(gè)理想模型，其為牛頓第一定律的誕生奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。由于實(shí)驗(yàn)設(shè)置的前提是“零摩擦”的理想化條件，因此這個(gè)物理模型無(wú)法通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。物理模型的本質(zhì)是總結(jié)物體運(yùn)動(dòng)的變化規(guī)律，簡(jiǎn)言之物理模型就是一種辯證思維方法，可以把某一類(lèi)事物的運(yùn)動(dòng)形式演化成一類(lèi)問(wèn)題進(jìn)行分析并解答，最終總結(jié)出物體本身與外界因素間存在的物理規(guī)律。

二、 建立物理模型對(duì)學(xué)習(xí)物理的重要性

在高中物理的學(xué)習(xí)階段，建立物理模型是學(xué)生學(xué)習(xí)物理的重要手段。它可以在學(xué)生解題的過(guò)程中降低對(duì)題意理解的難度系數(shù)，并提供相應(yīng)的解題思路，為學(xué)生解答物理題目以及物理的學(xué)習(xí)提供了極大的便利。因此，在學(xué)生學(xué)習(xí)高中物理的過(guò)程中，充分利用物理模型對(duì)學(xué)生學(xué)好物理具有非常重要的作用。

1. 降低學(xué)習(xí)難度，理解和掌握物體運(yùn)動(dòng)規(guī)律：物理模型可以幫助學(xué)生降低知識(shí)點(diǎn)的難度系數(shù)，將物理概念由“抽象態(tài)”轉(zhuǎn)化為“具象態(tài)”，從而使物理概念變得更加清晰，再反過(guò)來(lái)對(duì)物理模型進(jìn)行研究，又能將“具象態(tài)”的物理模型傳達(dá)出其知識(shí)內(nèi)容中的“本質(zhì)”，這其實(shí)是一個(gè)利用思維對(duì)問(wèn)題進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析的過(guò)程，符合螺旋上升這一原則。例如在豎直平面內(nèi)進(jìn)行圓周運(yùn)動(dòng)，其向心力是沿著半徑方向物體所受外力所形成的合力，其核心內(nèi)容是牛頓第二定律與向心力結(jié)合的實(shí)質(zhì)，也可以說(shuō)這部分的知識(shí)內(nèi)容的本質(zhì)上就是向心力，需要學(xué)生對(duì)向心力形成進(jìn)行理解和掌握。為此，學(xué)生可以通過(guò)建立幾個(gè)典型豎直面內(nèi)圓周運(yùn)動(dòng)的模型，進(jìn)而對(duì)向心力的知識(shí)內(nèi)容展開(kāi)研究。

建立物體在圓周運(yùn)動(dòng)中運(yùn)動(dòng)至最高點(diǎn)時(shí)的物理模型，a、b均為無(wú)支撐情況下的球繩模型，如圖1所示；c、d為有支撐的球繩模型，如圖2所示。

圖1a、b沒(méi)有支撐的小球

圖2c、d為有支撐的小球

例如圖1中的a，是典型的球繩模型，需要考慮物體在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的瞬時(shí)性，當(dāng)小球達(dá)到最高點(diǎn)時(shí)，小球的速度達(dá)到其臨界速度v，則可以根據(jù)牛頓運(yùn)動(dòng)定律進(jìn)行列式：mv2r=mg，解得臨界速度v=rg；小球在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，其反作用力是由地球引發(fā)的重力所提供的，方向豎直向下，由于繩子是聯(lián)系著物體的，此時(shí)繩子內(nèi)不含有內(nèi)應(yīng)力。當(dāng)物體達(dá)到運(yùn)動(dòng)軌跡的最高點(diǎn)時(shí)，其運(yùn)動(dòng)模式具有脫離效應(yīng)，對(duì)此可以列出如下公式：mv2r=>mg，v>rg；若運(yùn)動(dòng)到制高點(diǎn)時(shí)，物體又表現(xiàn)為向心的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，則可以根據(jù)分析進(jìn)行列式：mv2r=

2. 建立物理模型，將勻電、磁場(chǎng)問(wèn)題進(jìn)行合理的轉(zhuǎn)換：建立物理模型是將物理概念由“抽象態(tài)”轉(zhuǎn)化為“具象態(tài)”的一個(gè)思維過(guò)程，它是一個(gè)認(rèn)知、質(zhì)疑、再到認(rèn)知的思維過(guò)程。物理模型除了可以幫助學(xué)生了解并掌握事物的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，還能夠有效幫助學(xué)生解決高中物理有關(guān)“電、磁場(chǎng)”問(wèn)題，從而幫助學(xué)生掌握更多的物理知識(shí)，下面采用物理模型對(duì)電場(chǎng)問(wèn)題展開(kāi)分析。

一絕緣圈處于勻強(qiáng)電場(chǎng)的中央，絕緣圓環(huán)的半徑為r，圓環(huán)上連帶一質(zhì)量為m的小球，其電荷量為+q，從A處將小球釋放，小球剛好能在球內(nèi)側(cè)做完整的圓周運(yùn)動(dòng)，若小球所受到的電場(chǎng)力為自身重力的3/4，則求小球的運(yùn)動(dòng)時(shí)的最大動(dòng)能，并求出運(yùn)動(dòng)至A點(diǎn)處的瞬時(shí)速度vA。

這是一道將運(yùn)動(dòng)與力學(xué)有效結(jié)合的物理試題，雖然題目中涵蓋了電磁學(xué)方面的知識(shí)內(nèi)容，但我們可以利用物理模型對(duì)問(wèn)題的本質(zhì)進(jìn)行剖析，對(duì)其進(jìn)行類(lèi)推可以發(fā)現(xiàn)，這道題目是關(guān)于豎直面圓周運(yùn)動(dòng)的問(wèn)題，其在均強(qiáng)電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)本質(zhì)其實(shí)與向心力的運(yùn)動(dòng)規(guī)律是一樣的，因此學(xué)生還可以利用“球繩模型”對(duì)題目展開(kāi)分析。對(duì)小球進(jìn)行受力分析，并列出電場(chǎng)力與重力的合力F合的表達(dá)式：F合=（mg）2+34mg2，據(jù)此，解得F合=54mg，算式中F合是一恒定不變的作用力，在場(chǎng)中與“重力”的存在方式基本一致，將重力與電場(chǎng)力合成，利用等效重力場(chǎng)解決問(wèn)題。

三、 總結(jié)

在高中物理學(xué)習(xí)過(guò)程中掌握并且靈活運(yùn)用物理模型，有利于學(xué)生在潛移默化中形成正確的物理思維，進(jìn)而幫助學(xué)生將解題思路由難化簡(jiǎn)，對(duì)題意的理解由表外到表內(nèi)，學(xué)習(xí)起來(lái)事半功倍，幫助學(xué)生提高物理成績(jī)。

作者簡(jiǎn)介：

李生計(jì)，福建省三明市，尤溪縣第七中學(xué)。