注重物理模型在教学中的运用

刘洪汉

【中图分类号】G633.7 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2016）29-0135-01

物理学是一门研究物质最普遍、最基本的运动形式的自然科学。而所有的自然现象都不是孤立的。这种事物之间复杂的相互联系，一方面反映了必然联系的规律性，同时又存在着许多偶然性，使我们的研究产生了复杂性。物理模型是在抓住主要因素忽略次要因素的基础上建立起来的，它能具体、形象、生动、深刻地反映事物的本质和主流。

一、物理模型在教学中的作用

建立和正确使用物理模型可以提高学生理解和接受新知识的能力。例如，我们在运动学中建立了“质点”模型，学生对这一模型有了充分的认识和足够的理解，为以后学习质点的运动、万有引力定律、物体的平动和转动，以及电学中的“点电荷”模型、光学中的“点光源”模型等奠定了良好的基础。使学生学习这些新知识时容易理解和接受。

建立和正确使用物理模型有利于学生将复杂问题简单化、明了化，使抽象的物理问题更直观、具体、形象、鲜明，突出了事物间的主要矛盾。

建立和正确使用物理模型对学生的思维发展、解题能力的提高起着重要的作用。可以把复杂隐含的问题化繁为简、化难为易，起到事半功倍的效果。

二、构建物理模型的途径有以下几种

紧扣关键词句，探究物理实质，构建物理模型。例2.如图示，一个U型导体框架，宽度为L=1m，其所在平面与水平面成α=30角其电阻可忽略不计。设匀强磁场与U型框架的平面垂直，磁感应强度B=0.2T，今有一根导体棒ab，其质量m=0.2kg，有效电阻R=0.1Ω，跨放在U型框架上，并能无摩擦滑动，求导体ab下滑的最大速度vm。

点评：题中求“最大速度”几个字，是提示物理模型的关键性词句，最大，即不可增加，也就是导体ab将以此速度沿导轨斜向下作匀速直线运动。

据此，通过自己的抽象思维，大家可以在头脑中构建这样一幅物理图景：导体ab开始下滑时，速度v0=0，在斜轨上受下滑力（重力沿斜面分力），产生的加速度最大；随着下滑速度的增大→导体中感应电动势增加→感应电流增加→磁场对导体的安培力也增加，由于安培力与下滑力反向，故导体的加速度越来越小，而速度仍然越来越大，当下滑速度大到使安培力和下滑力平衡时，加速度为零，速度不再增加而以此最大速度作匀速直线运动。

求解：

据上述模型分析，导体ab平衡的条件为：

mgsinα=F安

而F安=BIL，I=ε/R，又ε=BLv

（1）探究问题的本质特征，构建物理模型

例3.如图示，在竖直平面内，放置一个半径R很大的圆形光滑轨道，O为其最低点，在O点附近P处放一质量为m的滑块，求滑块由静止开始滑至O点时所需的时间。

点评：滑块m向圆弧最低处滑动不同于沿斜面的滑动，这是一个很复杂的变速曲线运动，显然，牛顿定律不能求解，但滑块的运动轨迹是一段圆弧，其运动与受力单摆相同，则只要滑块满足从P点到O点的圆弧对应的圆心角很小，小于10，则完全可以把滑块的运动等效为“单摆的运动模型”。

求解：

由单摆的周期公式有，滑块由P点滑到O点的时间为

（2）探究隐含条件，构建物理模型

例4.质量为m，电量为q的质点，在静电力作用下，以恒定速率v沿圆弧从A点运动到B点，其速度方向改变的角度为θ（弧度），AB弧长为s，则A、B两点间的电势差φA-φB=_________，AB弧中点场强大小E=___________。

点评：对此题，不少同学曾认为题目给出的条件模型不清，不能根据题目告诉的條件建立物理模型，因而后面的问题便无从下手，其实该题已给出了较隐蔽的条件。因为此质点只在静电力作用下以恒定速率v沿圆弧运动，故可以，此质点作匀速圆周运动，进而推断出此质点处，在点电荷形成的电场中，可以构建“电子绕核作圆周运动模型”，这样，隐含条件挖掘了出来，物理模型也就清晰了。

求解：

由点电荷形成的电场的特点可知，同一圆弧上各点电势相等，故φA-φB=0。

又由于质点的电场力提供了向心力，则质点在中点受到的电场力

而R=s/θ