高中物理教学中的物理模型化方法

杨正祥

现行高中物理教材中，无论哪一部分内容都以物理模型为基础向学生传授知识，可以说，物理模型是中学物理知识的载体。在高中物理教学中对物理模型进行构建，既是学生获得物理知识的一种基本方法，更是培养学生创造性思维能力的主要途径。物理模型是物理学家在对原形客体本质有一定认识后对客体进行一系列研究和思考，然后建立的一个基于一类问题的解决方法的有效模型，模型化可以使很多物理问题得到有效的简化和解决。作为教师，无论是以教学生知识的角度还是以教学生应试技巧的角度，都应对此加以思考。对此，许多同仁们提出了许多优秀的意见和方法。我作为一名一线教师，也在此提出一些肤浅的思考，不足之处，敬请见谅。

一、物理模型化的含义

物理模型化是指建立物理模型，研究和学习物理知识、分析和处理物理问题的一种方法，人们在处理复杂物理问题时将复杂的实际情况转化成容易接受的简单的物理情境，从而形成一定的经验规律，即建立物理模型，物理模型可分为以下几类。

（一）结构模型

即将一些不具备实体的物理量由抽象理解转化为形象描述，如电场线、磁感线等。

（二）过程模型

指对物理过程进行抽象分析，设定物理情境，解决物理问题，如平抛运动、天体运动等。

（三）问题模型

即对一类问题归纳总结，形成解决该类问题的方法模型，如子弹打木块、人船模型等。

（四）实物模型

将一个实物抽象成一个概念，能够完成思维实验的模型，如质点、点电荷、理想电容器等。

二、运用物理模型求解物理问题的基本步骤

怎样运用物理模型分析处理物理问题？基本步骤可归纳为：仔细审题。认清物理现象、物理过程和物理情境，寻找物理规律，找出物理问题中的关键因素；以知识为链接。寻找已知的相关知识和物理规律，对问题进行综合分析，仔细审查，考虑可能和规律相关的物理情境，简单地说，即将抽象物理情境转化为物理模型；选择相关物理知识和规律求解问题。

三步中，第二步是关键，即如何把物理现象和情境物理模型化，下面通过两个简单例子说明。

例1：如图，一小段光滑圆弧对应的圆心角小于10°，其对应的圆半径为R，且圆弧长远小于其半径，可视为质点的小球A从圆弧左侧自由滑下。同时，在圆弧正中央的圆心处另有一个相同小球B自由落下（不计阻力），问两小球到圆弧底所用时间哪个长？

又如，例2：一轻弹簧一端竖起固定在地面上，一可视为质点的小球从其正方某点自由下落，从小球刚接触到弹簧到压缩至弹簧最低处的过程中，下列说法正确的有（不计空气阻力，且弹簧处于弹性限度内）（ ）。

A、小球速度越来越大；

B、小球速度先增大后减小；

C、小球在最低处时，其加速度小于重力加速度g；

D、小球在最低处时，其加速度大于重力加速度g。

本题AB选项容易判定，由小球受力分析，不难得出小球在弹簧上先作加速度减小的加速运动，再作加速度增大的减速运动，故可知A错、B对，但对C、D选项的判定就比较困难，但认真审题，“竖直轻弹簧，不计阻力等”，再与竖直弹簧振子联系起来，就可将小球在弹簧上的运动与竖直弹簧振子的运动对应起来，如图，其中O为平衡位置，BC关于O点对称，利用弹簧振子模型和运动的对称性特征不难得出，其在最低处的加速度大于重力加速度g。

从以上2个例子可以看出，将物理问题转化为常见的物理模型是解决相应问题的关键，我们在求解相应问题时需认真审题，将相应的物理问题与常用、常见的物理模型对应起来，利用常用模型的处理方法和思路以及所遵守的一般性规律处理某些物理问题可事半功倍。

對高中生而言，物理模型的构建要求不高，只要能正确地构建出物理规律的直接模型就可以了，作为教师，就需要我们在教学中教会学生不断加强对物理规律的认识和理解，努力培养学生的思维能力，多把自己构建模型的思路讲给学生，让学生自己掌握构建物理模型的基本方法，同时在教学中，可以传授给学生构建好的物理模型，特别是难度较大的模型结构，给学生一定的提示，使他们能轻松地完成模型构建。

三、构建使用物理模型注意的事项

（一）物理规律的正确掌握

一旦构建物理模型后便会被广泛地应用于解决类似问题，一旦构建中的任何规律出现了错误，就会导致整个模型错误，所以正确把握理解物理规律是构建正确的物理模型的前提。

（二）模型的抽象和简化正确

为了能广泛地应用一个模型，我们要尽可能简单地完成物理模型的构建。简化物理模型是目标，但在简化过程中，必须注意简化的条件和基本模型，如过于简化，就会使模型不能直接使用，出现无效的情况。

（三）模型使用的匹配度

物理模型并不完全独立，可能会有相似的模型存在，区分模型，并在使用时找出相匹配的模型，需要学生在平时多思考、多积累。

总之，物理学习必须讲究方法，掌握正确的方法才能事半功倍，构建和正确使用物理模型可以使物理学习难度降低，不管是学生还是教师，都需要认真思考、总结。

（责编 唐琳娜）