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浅谈物理教学中物理模型的构建
作者：蓝金莲
来源：《读与写·下旬刊》2013年第04期
摘要：中学物理模型一般可分三类：物質模型、状态模型、过程模型。构建物理模型是一种研究问题的科学的思维方法，从本质上讲，分析和解答物理问题的过程，就是构建物理模型的过程.，物理模型在中学物理教学中有着极其重要的作用，我们要培养学生掌握这一方法。 关键词：物理教学；物理模型；构建
中图分类号：G633.7文献标识码：B文章编号：1672-1578（2013）04-0237-01
纵观物理学发展的历史，建立理想化模型，是简化物理学研究的重要手段。随着物理学的发展，物理模型越来越受到人们的重视，它促进了物理规律、理论的发展，推动了物理学向新的领域扩展。那么什么是物理理想化模型？它是根据所研究的物理问题的需要，从客观存在的事物中抽象出来的。建立理想模型是物理学的一种重要研究方法，可把错综复杂的事物归结为一些简单的问题进行研究。在物理教学中，重视物理模型的建立和深化，可为学生接受知识提供较好的手段和方法。
1.建立理想境模型能形象地描述物理现象，建立概念
任何物理现象的过程大都是复杂的，要描述它们比较困难的。但在某些情况下，排除次要因素，抓住问题的主要方面，把具体事物抽象化，用理想化的物理模型来代替实际研究对象，并简化有关过程，以便从理论上去研究它，就能形象地描述物理现象，建立概念。例如，对于物体下落的运动，最初在人们头脑中只是一幅零乱的画面；大雨倾盆、砂石飞落……再认真地观察有关现象或做实验，头脑中画面就更加简洁，雨滴、沙石都是一个式样地越来越快地竖直下落，它们都成了没有个性的\物体\，把这些物体看作只有质量而无形状、大小的几何点，这种物理模型称为\质点\。进而，我们忽略去空气阻力对物体下落运动的阻碍作用，统一认定它们运动初速度皆为零，这样头脑中就建立了自由落体运动物理模型。物理模型是在实验和观察事物的基础上建立起来的，它对物理事实是一种近似的然而又是突出本质的描写。 2.物理的基本规律是在理想模型上建立的
物理研究为了描述物质运动及运动规律，常将研究对象加以抽象，以突出物质的基本特征及运动的基本规律。例如，汽车开上山坡是我们常观察到的一种现象。在实际情况下，山坡的倾斜角不可能是固定不变的，汽车的牵引力、坡面对汽车的阻力、汽车的质量等都在不断变化。但是在一般情况下，我们建立这样一个汽车上坡的理想化的物理模型；山坡是一个倾斜角不变的斜面，汽车被看作质量恒定的质点；汽车所作的牵引力和摩擦力均保持恒定。也就是说，我们可以把汽车上坡所作的运动看作一个质点在沿斜面向上作匀变速直线运动。这样，我
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们可以利用牛顿第二定律和匀变速直线运动的公式来研究汽车上坡的运动规律。可见建立理想模型，忽略次要因素是为了突出主要因素，更好地解决问题。 3.依据条件建立物理模型
纵观物理学发展史，许多重大的发现与结论，都是由科学家们经过大胆的猜想构思，创建出科学的理想化的物理模型，并通过实验检验或实践验证，模型与事实基础很好吻合的前提下获得的。
伽利略让小球从弯曲的斜槽上自由下落，当斜槽充分光滑时，小球可沿另端斜槽上升到初始高度，如果另端斜槽末端越接近水平，小球为达到初始高度，将运动很远。如果末端完全水平，小球将一直运动下去，永不停止。正因为伽里略构建了光滑这一理想化的模型，才有惯性定律的重大发现。
法拉第在1852年，对带电体、磁体周围空间存在的物质，设想出电场线、磁感线一类力线的模型，并用铁粉显示了磁棒周围的磁力线分布形状，从而建立了场的概念，对当前的传统观念是一个重大的突破。
1905年爱因斯坦受普朗克量子假设的启发，大胆地建立了光子模型，并提出著名的爱因斯坦光电效应方程，圆满地解释了光电效应现象。
卢瑟福以特有的洞察力和直觉，抓住粒子轰击金箔有大角度偏转这一反常现象，从原子内存在强电场的思想出发，于1911年构思出原子的核式结构模型。
倘若离开了物理模型，不仅物理研究无法进行，而且对物理学科的纵深发展必然会起阻碍束缚的作用。
在中学物理中应用的理想化模型构建归纳起来有以下几种：（1）将物质形态自身理想化，如质点、系统、理想气体、点电荷、匀强电场、匀强磁场等。（2）将所处的条件理想化，如光滑、绝热等；（3）将结构理想化，如分子电流、原子模式结构、磁力线、电力线。（4）将运动变化过程理想化，如匀速圆周运动、等压过程等温、等容、等压过程；匀速、匀变速直线运动；抛体运动；简谐振动；稳恒电流等。（5）将物理实验理想化，包括将实验条件理想化、实验器材理想化等。
用理想化方法建立起来的物理模型，是对物理原型在理想化状况下所遵循的基本规律的反映，而在现实的物理问题中，这些相应的理想状况并不存在，但这并不影响理想物理模型在实际物理问题中的应用，因为有很多实际的物理现象在一定的条件下，或在一定的范围内近似于理想状况，由相应的理想物理模型所得到的结论也是非常准确的。比如由理想气体模型所得到的理想气体状态方程在常温常压下是完全适用的。
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物理模型的重要不仅在于概念和物理规律的建立，还是在于解决各种现实问题时，必须研究问题的物理的物理过程将其建立一定的物理模型，据此运用相应的公式去解决问题。要建立物理模型，除了弄清题目给出的已知条件和要求的物理量外，更重要的是要弄清题目所提出的物理现象。例如，汽车以一定的速度，在宽广的水平路上匀速直线运动行驶，突然发现正前方出现一堵长墙，为了避免碰到墙壁，司机急刹车好呢，还是急转弯好？为什么？
题中问到，急刹车好还是急转弯好，实际上是问哪一种做法碰到墙壁的可能性。现在我们对汽车的两种运动情况依据条件建立正确的物理模型。
综上所述，建立物理模型是物理学中常用的一种研究方法。建立正确的物理模型，有肋于我们理解所学的物理概念的规律，有肋于我们提高分析问题和解决问题的能力。 参考文献 [1]中学物理教程
[2]《中学物理教学参考》杂志 [3]广西教育资源网