浅议高中物理模型方法

摘要：做任何事情，都要讲究方法。采用好的方法，可以事半功倍，而方法不当，往往就会事倍功半。中学生学习物理的基本方法有多种，如观察法、实验法、模型法、等效法、类比法和数学法等。本文侧重简介模型方法、探析学生掌握这种方法的心理优势与障碍，论述教师如何点拨学生掌握这种方法。

关键词：方法简介；分析；方法

一、 物理模型方法简介

1. 物理模型与作用。物理模型含理想模型和“假设”模型。物理的模型排除了非本质因素的干扰，舍弃了次要因素和无关因素，突出的反映出事物客观的本质特征，从而使物理现象或者物理过程得到简单化和理想化。

2. 物理模型的类型包括：①实体物理模型：a. 物质模型，把客观实体理想化，如质点、点电荷、点光源等。b. 系统模型，如“力学系统”“保守力系统”和“热力学系统”等。c. 结构模型，如卢瑟福原子模型、教具图表、线路图、电场和磁场的模型。②状态物理模型。运动学中的匀速直线运动状态由位移、速度、时间三个量描写；理想气体状态由压强、体积、温度三个参量描写；电路状态则是用电流、电压、电阻三个量表征等等，我们可以确定一组参量来描写所研究模型的状态。在中学物理中广泛使用图线和图像，就是状态物理模型的一种直观描述。③过程物理模型。如热学中的等温、等压、等容、绝热过程。力学所说的过程即可以称为运动，如匀变速直线运动、简谐运动等等。描写物理现象变化的过程数学解析式是过程方程，如气体状态方程、牛顿运动定律和描写匀变速直线运动规律的运动学三个公式等，过程物理模型也可用图形直观地表示出来。

二、 学生掌握物理模型方法的心理优势与障碍分析

1. 数学模型方法对学生掌握物理模型方法的影响。物理模型方法和数学模型方法有密切的联系。例如数学上有几何点模型，物理上有点电荷、点光源、质点等模型。物理模型与数学模型之间又存在着本质的区别。如，数学上的几何点仅是一种空间形式，是绝对的；而点电荷是携带电荷的空间形式，它的成立与否是相对的。又如数学上的无限概念都是描写抽象的数形，而物理上的无限概念却是描写具体物理量。又如数学上的无限可分是指可以连续均匀可分的，而物理上的可分性是有层次的。因此，在学生掌握物理模型方法时，要充分利用数学模型对物理模型正迁移的心理作用，注意克服负迁移影响，注意物理模型与数学模型的区别和联系，以及它们之间的转换。

2. 化学模型对物理模型的互补作用。化学和物理都讲原子核式结构模型，化学上作为重点又讲了核外电子的统计分布情况——电子云。物理中重点是讲核内，如原子核的组成、核反应等，在学习物理模型时，要结合化学模型、数学模型等，搞清楚它们之间的区别与联系，充分利用它们之间的互补作用。

3. 学生在运用物理模型方法中常见的错误分析。①选定研究对象对应的实体物理模型中常出现的错误。图1中的木球可当作质点，图2中的木球只能当作刚体模型来处理。在中学物理的力学中，刚体模型、弹性体模型和范性体模型则是隐含在课本内容之中的。图3是在物体可作为质点模型处理时的受力图，图4是根据刚体平衡（合力为零，且对任一点合力矩为零）作出的。②确定研究对象所处的状态物理模型上的错误。例如理想气体状态方程的推导，学生尽管学完了等压、等容、等温三个过程的规律，但在处理这个问

题时，往往不知如何下手，实际上初、末状态都是平衡状态，在这两个平衡状态中三个参量的关系跟中间过程无关，可在已知的等压、等容、等温三个过程规律中任选两个，推出理想气体状态方程。③选择研究对象所处状态的变化过程的物理模型（过程物理模型）出现错误。如图5，一个半径很大的半圆形光滑轨道，半径为R，现让两个小球同时分别从圆心点O自由下落和轨道上的某点B（B点离轨道最低点很近）释放，问两个小球谁先到达轨道最低点。此题研究对象的实体物理模型都可看作质点；其狀态物理模型也能确定，开始都是静止，最后都到达轨道最低点，但其过程是一个什么模型，却并不那么容易确定。B点小球的运动，正是单摆简谐运动的一种变式，如果学生适应不了这种变式，就出现了运用单摆这一模型的障碍，t1=T/4=π/2·（R/g）12=1.57（R/g）12，而O点自由下落的时间t2=2R/g12=1.414（R/g）12

4. 思维的灵活性对学生掌握物理模型方法的影响。同一客体，研究问题性质不同，其建立的物理模型不同，这就需要学生打破僵化的思维模式，对具体问题具体分析。

三、 如何指导学生掌握物理模型方法

1. 指导学生正确认识物理模型的近似性和局限性。

2. 指导学生学习教材中已明确提出或隐含的物理模型。明确提出“模型”二字的，如质点。没有明确提出“模型”二字的，但却有内在的模型，如光滑面，弹性体、范性体、电介质等。理想气体的等压、等容、等温等过程，匀速直线运动、自由落体运动、匀变速直线运动都是理想化的物理模型。

当然，也并不是所有的物理概念、规律都有物理模型。也有些问题目前还无法建立确切的物理模型，如光的波粒二象性。但是，在教学中如能有效地利用物理模型，可使抽象的物理概念和规律具体化、形象化、直观可感，极大地提高教学效果。

作者简介：

李厚炎，福建省三明市，福建宁化一中。