谈物理模型在高中物理学习中的作用

摘要：物理模型是高中物理经常用到的解题技巧，对学生学好物理有显著的作用效果。文章结合高中物理知识内容，对物理模型进行简要阐述，进而浅析物理模型在高中物理学习中所发挥的关键作用。

关键词：高中物理；物理模型；教学作用

一、 关于物理模型

在研究物理过程时，物理模型是对问题的主要因素和物体之间存在的关系进行研究，进而总结出事物的物理规律。比如伽利略的理想实验是一个经典的物理模型，同时也是一个理想模型，其为牛顿第一定律的诞生奠定了坚实的基础。由于实验设置的前提是“零摩擦”的理想化条件，因此这个物理模型无法通过实验进行验证。物理模型的本质是总结物体运动的变化规律，简言之物理模型就是一种辩证思维方法，可以把某一类事物的运动形式演化成一类问题进行分析并解答，最终总结出物体本身与外界因素间存在的物理规律。

二、 建立物理模型对学习物理的重要性

在高中物理的学习阶段，建立物理模型是学生学习物理的重要手段。它可以在学生解题的过程中降低对题意理解的难度系数，并提供相应的解题思路，为学生解答物理题目以及物理的学习提供了极大的便利。因此，在学生学习高中物理的过程中，充分利用物理模型对学生学好物理具有非常重要的作用。

1. 降低学习难度，理解和掌握物体运动规律：物理模型可以帮助学生降低知识点的難度系数，将物理概念由“抽象态”转化为“具象态”，从而使物理概念变得更加清晰，再反过来对物理模型进行研究，又能将“具象态”的物理模型传达出其知识内容中的“本质”，这其实是一个利用思维对问题进行动态分析的过程，符合螺旋上升这一原则。例如在竖直平面内进行圆周运动，其向心力是沿着半径方向物体所受外力所形成的合力，其核心内容是牛顿第二定律与向心力结合的实质，也可以说这部分的知识内容的本质上就是向心力，需要学生对向心力形成进行理解和掌握。为此，学生可以通过建立几个典型竖直面内圆周运动的模型，进而对向心力的知识内容展开研究。

建立物体在圆周运动中运动至最高点时的物理模型，a、b均为无支撑情况下的球绳模型，如图1所示；c、d为有支撑的球绳模型，如图2所示。

图1a、b没有支撑的小球

图2c、d为有支撑的小球

例如图1中的a，是典型的球绳模型，需要考虑物体在运动过程中的瞬时性，当小球达到最高点时，小球的速度达到其临界速度v，则可以根据牛顿运动定律进行列式：mv2r=mg，解得临界速度v=rg；小球在运动过程中，其反作用力是由地球引发的重力所提供的，方向竖直向下，由于绳子是联系着物体的，此时绳子内不含有内应力。当物体达到运动轨迹的最高点时，其运动模式具有脱离效应，对此可以列出如下公式：mv2r=>mg，v>rg；若运动到制高点时，物体又表现为向心的运动趋势，则可以根据分析进行列式：mv2r=

2. 建立物理模型，将匀电、磁场问题进行合理的转换：建立物理模型是将物理概念由“抽象态”转化为“具象态”的一个思维过程，它是一个认知、质疑、再到认知的思维过程。物理模型除了可以帮助学生了解并掌握事物的运动规律，还能够有效帮助学生解决高中物理有关“电、磁场”问题，从而帮助学生掌握更多的物理知识，下面采用物理模型对电场问题展开分析。

一绝缘圈处于匀强电场的中央，绝缘圆环的半径为r，圆环上连带一质量为m的小球，其电荷量为+q，从A处将小球释放，小球刚好能在球内侧做完整的圆周运动，若小球所受到的电场力为自身重力的3/4，则求小球的运动时的最大动能，并求出运动至A点处的瞬时速度vA。

这是一道将运动与力学有效结合的物理试题，虽然题目中涵盖了电磁学方面的知识内容，但我们可以利用物理模型对问题的本质进行剖析，对其进行类推可以发现，这道题目是关于竖直面圆周运动的问题，其在均强电场中的运动本质其实与向心力的运动规律是一样的，因此学生还可以利用“球绳模型”对题目展开分析。对小球进行受力分析，并列出电场力与重力的合力F合的表达式：F合=（mg）2+34mg2，据此，解得F合=54mg，算式中F合是一恒定不变的作用力，在场中与“重力”的存在方式基本一致，将重力与电场力合成，利用等效重力场解决问题。

三、 总结

在高中物理学习过程中掌握并且灵活运用物理模型，有利于学生在潜移默化中形成正确的物理思维，进而帮助学生将解题思路由难化简，对题意的理解由表外到表内，学习起来事半功倍，帮助学生提高物理成绩。

作者简介：

李生计，福建省三明市，尤溪县第七中学。