高中物理模型教学及实例分析お

尤东岳

都说高中物理难，难在哪里呢？笔者认为，高中物理与初中物理相比有几个大的跨越，“理想模型”就是其中之一，学生如果不能认识物理模型，不能建立物理模型，那么学习物理则寸步难行，本文结合笔者多年的教学经验，就物理模型教学及教学实例谈几点笔者的看法，望能有助于课堂教学.

1物理模型的特征和作用

物理教学离不开物理模型教学，分析物理模型的特征和作用是有效开展模型教学的前提.

1.1物理模型的特征

（1）抽象性与形象性的统一

为什么要建立模型？物理模型的建立过程是从客观存在的事物和现象出发经过抽象、简化的过程，这一过程同时存在了抽象思维和形象思维，两者共存而统一.

例如，质点模型，这是一个理想化模型，但是却又是客观存在的实际物体的抽象与有条件近似，在研究的问题中，如果物体的大小、形状等特征对问题的研究没有影响，则将这个客观存在的物体抽象为一个有质量的点，即质点，在这个模型建立的过程中，首先涉及到具体而形象化的物体及其所在的物理场[JP3]景，然后还要分析所研究问题的主、次矛盾，在此基础上进行抽象.[JP]

（2）科学性与假定性的统一

物理模型与原始物理问题之间有着特定的联系，不仅仅能够客观地反应问题的主要因素和主要矛盾，而且建立模型的过程是以科学知识和实验现象为依据的，建模的过程有严谨的推断和逻辑论证，所以说模型具有科学性.但是，从另外一方面来看，物理模型又高于现实事物，是物理思维作用的结果，有些甚至是科学家创造力、想象力发挥的结果，与现实只能近似而无法全同，所以说模型又具有假定性，需要进一步用实验和事实来验证.

例如，自由落体运动就是伽利略通过实验和逻辑推理得到的理想化模型，如果学生学了必修一第六章后会意识到当初伽利略的假设是需要条件的，自由落体运动应该是下落高度不太大，重力不随着高度而变化的前提下的一种初速度为零的匀加速直线运动.

再例如，卢瑟福建立的核式模型是他在实验的基础上抽象而成的模型，能够解释α粒子散射实验，具有一定的科学性，但是由于人们对微观世界的认识局限性的限制，到底是怎样的结[JP3]构呢？所以我们说核式模型更具有卢瑟福站在物理角度的假定性.[JP]

1.2物理模型的作用

物理模型是物理思维的产物，在建模的过程中物理原始问题和原型中对问题的影响处于次要矛盾的因素被摒弃或忽视，[JP3]研究对象被纯化或简化，物理模型是推演和建立物理规律的基础.[JP]

例如，“质点”这个模型是匀变速直线运动规律、牛顿运动定律、万有引力定律、向力力等力学规律建立的基础；与之相类似，“点电荷”模型是诸多电学规律建立的基础，理想气体是三个气体实验定律和理想气体状态方程建立的基础.

除了借助于模型来建立物理规律和理论外，利用物理模型可以解释物理现象和实验定律，如借助于爱因斯坦的光子说可以解释光电效应；利用物理模型可作出科学的预言，如海王星的发现.

2学生借助于模型解决问题的教学实例——电磁感应定律

2.1从原有认知出发，提出问题

提供如图1、图2所示的电路图，并提出问题.

问题1：这两个电路，如果电键均闭合，电流表和灵敏电流计会不会有读数？

问题2：如果你认为有读数，那么两个电路的电源是什么？

这两个电路图进行对比，对于图2这种情况可以引导学生建立如图3所示的模型，即图2中的磁铁下插的过程相当于提供了如图3所示的电动势（当然这里并非是稳恒电压）.

问题3：灵敏电流计摆动的幅度大小与什么因素有关？

2.2基于模型实施实验

为了探究电磁感应定律规律，可以引导学生自主探究如图4、图5所示的实验.

从图4实验到图5的实验变化，实际上是模型上的变化，即通电流线管相当于条形磁铁，而且可以通过改变电流来改变螺线管提供磁场的强弱.

对于改变电流的问题，可以要求学生以不同的速度将滑动变阻器的滑动头从一端滑到另一端，思考问题.

问题1：两次滑动过程中穿过线圈的磁通量的变化量是否相同？

问题2：所用时间是否相同？

问题3：电流表的偏转角是否相同？

问题4：偏转角大说明什么？

问题5：其原因是什么？

通过引导学生对问题的思考，总结出规律：当穿过线圈的磁通量变化量与时间之比越大，即单位时间内磁通量的变化越多，或者说磁通量的变化率越大时，线圈中产生的感应电动势就越大.

在学生有了这样的认识的基础上，笔者再引导学生将其与速度、速度变化量和速度变化率这几个概念进行类比，继而“磁通量的变化率”这个概念和公式表征应运而生.

顺势建立规律：E=n[SX（]ΔΦ[]Δt[SX）].

2.3特例中应用模型

规律建立后，配置例题是实现知识内化的重要渠道，为此[JP3]笔者设计了典型特例，引导学生在例题解决的过程中运用模型.[JP]

例1如图6示，把矩形单匝线圈abcd放在磁感应强度为B的匀强磁场中，线框平面和磁感线垂直.设线圈可动部ab的长度为l，以速度v，向右匀速平动，则线框中产生的感应电动势为多少？

学生在思考的过程中，引导学生讨论如下几个问题，实现对问题的化解和模型的提取.

问题1：图6的电路中，哪部分导体相当于电源？

[LL][TP1GW19.TIF，BP#]

问题2：可动部ab的速度v与磁感线方向B有何关系？

问题3：如果如图7所示，导体运动方向与导体本身垂直，但与磁感方向不垂直，设v与B夹角为θ，又如何计算感应电动势的大小呢？

实践经验表明，学生在解决图6的过程中经过了问题1和问题2的思考，当情境转化为如图7时，很快能够将速度进行分解完成模型的建立，并实现问题的解决.