簡談物理模型在中學物理教學中的應用

劉孫梁

摘 要：物理模型具有簡單的構思，直觀的效果，它突出了物理現象中的主要矛盾，忽略了次要因素，是物理學中的重要研究手段，也是中學物理教學中常用的教學方法之一。通過對中學物理中的模型的研究，教師可優化其物理教學模式，易化其物理教學過程，可以加深對物理規律的理解和認知，有助于培養中學生研究問題、解決問題的能力，有利于培養中學生的思維能力和創新能力。

關鍵詞：物理模型 中學物理 應用

物質運動變化過程與自身和周圍環境中各種因素是息息相關的，往往要受到它們的影響和制約。對于一個實際問題時，如果整體的、不加選擇地去把每個可能發生的因素都考慮進去，那么就會使得我們在解決問題時變得毫無思路，異常艱難，使學生感覺物理太難學而喪失學習物理的興趣。

探究實際復雜的物理物體和過程的本質特征使它們能有規律而尋，我們必須根據研究物體和過程的特點，從我們考察的角度去看和了解，拋開問題中的個別的、不重要的、對于物理問題無影響且可忽略的、非本質的因素，找出常見的、主要的、對物理問題有影響不能忽略不計的、本質的的因素進行仔細認真的考察研究，且把同一類物理問題中的相同的和關鍵的屬性結合起來進行考慮，從而建立一個輪廓鮮明、主要目的和主題突出的和易于去談論和探究的新的理想模型。建立起一個舍棄次要因素，突出主要因素、且易于從主要方面對客體進行研究的模型。理想化模型大多數都是由既科學又高度抽象概括的方法來構建立起來的。在建立物理模型的過程中，我們要以事實為根據，不能隨意舍棄因素，要考慮到問題所研究的精確度，通過分析綜合、抽象概括、類比比較等思維活動過程，合理的舍棄次要矛盾抓住影響該過程的主要矛盾，抽取和概括出研究對象和過程的相同本質特征，建立起對問題有效的物理模型。

在一定的適用范圍內大多數的實際研究對象或運動過程可以被看作某個物理模型和理想過程來處理，這說明了它具有現實意義的一方面。用簡化的模型或過程來代替繁瑣的、具體的物體或過程，可以使問題大大的簡化，使主要因素非常突出，使其中的主要規律和它的主要性質更加方便被總結出來，復雜的矛盾被解決后，再對次要矛盾考慮進行修改、更正，從而使實際問題一步步的得到解決，這也說明了它是一種重要的科學研究方法的一方面。所以，怎么通過物理模型解決實際問題，能使學生較早地接觸到現代科學研究的先進方法，從而提高學生科學抽象的探究問題和分析問題的能力。在中學物理教學階段有目的地去訓練學生掌握和運用用物理模型方法，對培養學生的科學思維和科學創新能力將有重要意義。

理想模型和理想過程在中學物理教學中占有非常重要的特殊地位。在中學物理中到處都用到理想模型中學物理由力、熱、電、光四部分組成，在這四部分中，理想模型起著非常重要的作用。力學由運動學和動力學兩大部分組成，其中運動學是用一系列理想過程來描寫物體狀態變化的，如豎直上拋、自由下落、平拋、斜拋運動過程都是不計算空氣阻力這個次要因素的情況下來研究物體的運動變化過程的，否則，就得不出客觀規律。動力學以牛頓定律為主線，而牛頓定律研究的對象是質點，稱為質點力學，沒有質點這個理想模型，就得不出牛頓三定律，很多的實際問題也就不能用牛頓定律來解釋和解決。由牛頓第一定律可以解釋我們日常生活中發生的很多慣性現象。由牛頓定律還可以導出動能定理和機械能守恒定律，可見質點這一物理模型在動力學中的作用是不可估量的。在研究天體運動中，如果不把地球這個實際物體視為質點，那么就無法研究天體的運動。力學的最后一部分講到了振動和波，簡諧振動就是一種理想化模型，它描述了理想模型—諧振子的運動規律，從而得出了振動的規律。如果不作必要的近似和簡化，抽象出一定的物理模型，就不能用實驗驗證勻加速運動、勻速運動的規律以及彈性碰撞中動量、動能守恒。由此看來，在學習整個力學體系的過程階段理想物理模型是一種重要的手段和科學研究方法 。

在中學物理的熱學部分熱力學占有很重要的部分—玻一馬、查理和蓋呂薩克三個實驗定律和由此得出的理想氣體物態方程。三個實驗的實驗條件—等壓、等容、等溫過程本身就是一種理想化的條件，但它們又是近似反映了氣體的性質。只有將真實氣體抽象為理想氣體后，才使這些定律變得更嚴格、更準確，從而得出理想氣體的狀態方程。等溫、等容就是理想化的。如果沒有這些理想模型，很難用實驗總結出這三條規律。絕熱過程也是一種理想化模型。例如，熱現象的本質就是大量分子的無規則運動，其整體遵循統計規律。為了引導學生抓住現象的本質，就需要建立熱運動的微觀模型。建立起只有分子一直不斷做雜亂無章的運動才是熱現象的本質的模型。利用這樣的高度思維抽象過程，學生就能抓住模型所反映的本質屬性，使認識達到一個新的高度。

在中學物理的電學部分，最基本的定律是庫侖定律。真空中的點電荷是庫侖定律適用的條件，真空是一種條件理想化模型，在庫侖定律的基礎上，人們研究了電場的性質。為準確描述電場的力的性質，引入了檢驗電荷。檢驗電荷是一種理想模型，它的電量小到不影響原來電場的性質，它的體積很小，可以看作在空間中只占一個點，從而得出了電場強度。為了描述電場能量，應用了勻強電場這個理想模型，勻強電場、磁場都是不計邊緣效應得出的，而純電感和純電容器等也都是常用到理想物理模型。

幾何光學的基本定律是：光的直線傳播、反射和折射。在假定媒質是均勻情況下時能得出光是沿直線進行傳播的，而絕對的均勻媒質是不存在的，只是人們為解決間題的方便而又不失其本質特性想象出來的這么一種物理模型.若沒有這種模型，不運用物理思維的方法研究問題，或許到現在以至將來也不會總結出光的直線傳播定律。反射、折射主要用到了光滑平面鏡、薄透鏡這些理想模型。采用這些物理模型，我們總結出幾何光學的基本定律，為后來研究光學的有關知識打下了堅實的基礎。

參考文獻

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