浅谈物理模型的建立

王永刚

【摘 要】作为高中一门难于理解和学习的学科，怎样进行良好地物理教学一直是广大教育工作者探讨的一点问题。作为一名工作在第一线的教师，我从多年的教学经验中得到一点体会，物理教学的关键在于培养学生建立和解析物理模型的能力。本文从几个实例来分析物理模型的建立，供各位同仁探讨。

【关键字】物理模型；建立；实例；思想

【中图分类号】G633 【文献标识码】A 【文章编号】1672-5158（2013）03-0058-02

引言

高中物理的学习一直以来都是学生学习的一个重点和难点，很多学生苦于无法找到合适的学习方法，使物理成绩一直是木桶中的最短板。学好物理，方法最重要，学生必须注重物理思想的培养。物理模型是高中物理知识的载体，通过对其进行分析与讲解，是学生获得物理知识的一种基本方法，更是培养学生创造思维能力的重要途径。学生在解题过程中的困难，主要来源于对物理模型的建立和应用上。导致这一状况的原因，主要是学生的不良解题习惯和缺乏创造性思维能力。养成一种行之有效的解题思维流程对于高中物理的学习是非常有必要的，我先将这种思维过程归结如下：

如何在解题过程中快速准确的建立起与题目相符合的物理模型至关重要，如果说正确识别或建立物理模型是正确解题的前提，那么在解决具有物理过程的物理习题时，学生头脑中对物理过程的一个清晰的图景则是解决此类物理问题的关键和保证。下面，以几个具体事例来分析物理模型的建立。

一、基本模型

物理模型的建立，首先在于对基本模型的熟悉和掌握，高中物理中常用的几种基本模型有以下几种：

1.直线运动模型：包括最常见的匀速直线运动和匀变速直线运动两种模型。

2.两种曲线运动模型：一是平抛运动，包括：水平方向为匀速直线运动和竖直方向为自由落体运动；二是匀速圆周运动，主要是天体运动：由万有引力提供向心力。

3.气缸模型：气缸模型分绝热、恒温等不同类型，另外还分活塞封口和水银柱封口型，但百变不其宗，总的就是一个气缸。

4.电学类：电学类的物理模型较多，但总的来说也就是如下几个：并联电路，串联电路，平行板间的电场（匀强电场）、点电荷、点电荷在匀强电场中的运动。

5.磁学类：金属杆切割磁感线、带电粒子在匀强磁场中的运动（圆周运动）、电磁流量计、回旋加速器等模型，电磁学模型对于高中学生来说较难掌握，但熟悉基础模型后具体问题也就迎刃而解了。

6.力学：力学模型是物理教学的重点，可以分为：完全弹性碰撞、完全非弹性碰撞、斜面体、堆在一块的几层物体等模型。

二、模型的应用

掌握了基本的模型，关键是在实际中的应用，下面我们从几个方面来探讨物理模型的建立于应用。模型的应用，要求我们对模型所遵循的规律十分熟悉，从而才能对具体的物理问题加以纯化、抽象，灵活地运用规律进行推理和计算。

2.1单个模型

例一、平抛运动模型

某同学对着墙壁练习打网球，假定球在墙面上以25m/s的速度沿水平方向反弹，落地点到墙面的距离在10m至15m之间，忽略空气阻力，取g=10m/s2，球在墙面上反弹点的高度范围是（）A.0.8m至1.8m；B.0.8m至1.6m；C.1.0m至1.6m；D.1.0m至1.8m

解析：网球反弹后的速度大小几乎不变，故反弹后在空中运动的时间在0.4s～0.6s之间，在这个时间范围内，网球下落的高度为0.8m至

=仅以轻质弹簧为研究对象，则弹簧两端的受力都1F，所以弹簧秤的读数为1F .说明：2 F作用在弹簧秤外壳上，并没有作用在弹簧左端，弹簧左端的受力是由外壳内侧提供的。

点评：在中学阶段，凡涉及的弹簧都不考虑其质量，称之为“轻弹簧”，是一种常见的理想化物理模型.由于“轻弹簧”质量不计，选取任意小段弹簧，其两端所受张力一定平衡，否则，这小段弹簧的加速度会无限大.故轻弹簧中各部分间的张力处处相等，均等于弹簧两端的受力.弹簧一端受力为F，另一端受力一定也为F ，若是弹簧秤，则弹簧秤示数为F。

由以上两道例题可以看出，有些物理题，只需要对其进行简单的联想抽象即可变为我们熟悉的物理模型，再进行一些数学计算即可得到答案。这是物理模型的基础，关键在于平时对物理模型的积累和掌握。

2.2 复合模型

（1）直线运动的复合模型

例三、A、B两辆汽车在笔直的公路上同向行驶。当B车在A车前84 m处时，B车速度为4 m/s，且正以2 m/s2的加速度做匀加速运动；经过一段时间后，B车加速度突然变为零。A车一直以20 m/s的速度做匀速运动。经过12 s后两车相遇。问B车加速行驶的时间是多少？

解析：设A车的速度为vA，B车加速行驶时间为t，两车在t0时相遇。

则有 0tvsAA= ①

对于此题的解析，我们需要从将这两个单一模型组合建立成一个复合模型。这就需要我们在平时学习和练习中多加积累，进行分宗归类，才能在遇到复杂的物理问题时，很快分解为几个常见的物理模型。

三、电磁学类的复合模型。

电磁学中的力学模型一直都是高中物理的最难点之一，复杂的电磁学习题甚至让不少学子感觉无从下手，完全没有思路。其实我们不难发现，这些复杂的电磁学物理问题也只是由简单的单个模型组合而成。只要我们熟练掌握各个简单的物理模型，再运用正确的解题思路，将具体的物理问题先联想抽象成几个物理模型，再分别运用物理的理论知识写出物理表达式，再组合就能完成对习题的解答。当然这是一个熟能生巧的过程，不是说我记住了几个模型就能套用和解答，熟练建立物理模型也是一个慢慢积累的过程。

例四、如图2所示，一质量为m=0.016kg、长L=0.5m、宽d=0.1m、电阻R=0.1Ω的矩形线圈，从h1=5m的高处由静止开始下落，然后进入匀强磁场，当下边进入磁场时，由于磁场力的作用，线圈正好作匀速运动。

（1）求匀强磁场的磁感应强度B。

（2）如果线圈的下边通过磁场所经历的时间t=0.15s，求磁场区域的高度h2.

（3）求线圈的下边刚离开磁场的瞬间，线圈的加速度的大小和方向。

（4）从线圈的下边进入磁场开始到线圈下边离开磁场的时间内，在线圈中产生的焦耳热是多少？磁学基本模型，又运用到了机械守恒定律和匀速直线运动模型，我们根据理论知识分别列出各种模型的物理表达式，再联合考虑既能得到问题的解决思路。模型，这一概念可谓在物理学中各个领域得到充分的运用。

由此可知，解决物理问题，建立正确易懂的物理模型是破题的关键，建立物理模型要遵循物理研究问题和解决问题的思想及方法，即是把抽象问题具体化，化抽象思维为形象思维；把具体问题理想化，深入浅出，化复杂为简单，当然把建模过程中要遵循原物理情景及规律，尊重客观事实。学生如能贯彻这样的学习思想，定能形成良好的解题习惯，提高分析和解决问题的能力，从而提高物理水平。

四、模型构建重在思想

思维定势是人们在思维活动中所倾向的特定的思维模式。它是指人们按照某种固定的思路和模式去考虑问题，表现为思维的倾向性和专注性。构建物理模型一定程度上可以说是利用了思维定势积极的一面。物理学科的研究对象是自然界物质的结构和最普遍的运动形式，对于那些纷繁复杂事物的研究，首先就需要抓住其主要的特征，而舍去那些次要的因素，形成一种经过抽象概括了的理想化的“模型”，这种以模型概括复杂事物的方法，是对复杂事物的合理的简化。如运动员的跳水问题是一个“竖直上抛”运动的物理模型；人体心脏收缩使血液在血管中流动可简化为一个“做功”的模型等等。物理模型是同类通性问题的本质体现和核心归整。

模型的构建，是唯物辩证思维在物理学科的一个具体应用。一个正确的物理模型构建，能够使学生讲复杂的问题简单化、明了化，使抽象事物变成直观生动的事物，反映出事物的主要矛盾。培养学生在解决问题时分清次要矛盾、抓住主要矛盾的思维能力。构建模型，是一种高效解决问题的思维模式，是培养学生发散性、创造性思维能力的有效途径。

教师在教学活动中，应该主动培养学生的建模意识，将建模思想贯穿在整个物理教学的始终，这不仅仅是满足学生在处理实际物理问题的需要，更是对学生整个素质教育的提高都起到了极大的促进。采用启发式、课题研究性教学模式，促进学生探究式学习，坚持以学生为主体，充分挖掘学生的主动性和积极思维的意识，自觉的在学习中构建物理模型。物理模型的构建意识，不是一个短期的过程，它需要一个长期的积累和不断的运用。一但形成，必将达到事半功倍的效果，使学生在学习和思维乃至社会能力上都得到长足的进步，这才是我们教学的目的之所在。

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