简谈物理模型在中学物理教学中的应用

刘孙梁

摘 要：物理模型具有简单的构思，直观的效果，它突出了物理现象中的主要矛盾，忽略了次要因素，是物理学中的重要研究手段，也是中学物理教学中常用的教学方法之一。通过对中学物理中的模型的研究，教师可优化其物理教学模式，易化其物理教学过程，可以加深对物理规律的理解和认知，有助于培养中学生研究问题、解决问题的能力，有利于培养中学生的思维能力和创新能力。

关键词：物理模型 中学物理 应用

物质运动变化过程与自身和周围环境中各种因素是息息相关的，往往要受到它们的影响和制约。对于一个实际问题时，如果整体的、不加选择地去把每个可能发生的因素都考虑进去，那么就会使得我们在解决问题时变得毫无思路，异常艰难，使学生感觉物理太难学而丧失学习物理的兴趣。

探究实际复杂的物理物体和过程的本质特征使它们能有规律而寻，我们必须根据研究物体和过程的特点，从我们考察的角度去看和了解，抛开问题中的个别的、不重要的、对于物理问题無影响且可忽略的、非本质的因素，找出常见的、主要的、对物理问题有影响不能忽略不计的、本质的的因素进行仔细认真的考察研究，且把同一类物理问题中的相同的和关键的属性结合起来进行考虑，从而建立一个轮廓鲜明、主要目的和主题突出的和易于去谈论和探究的新的理想模型。建立起一个舍弃次要因素，突出主要因素、且易于从主要方面对客体进行研究的模型。理想化模型大多数都是由既科学又高度抽象概括的方法来构建立起来的。在建立物理模型的过程中，我们要以事实为根据，不能随意舍弃因素，要考虑到问题所研究的精确度，通过分析综合、抽象概括、类比比较等思维活动过程，合理的舍弃次要矛盾抓住影响该过程的主要矛盾，抽取和概括出研究对象和过程的相同本质特征，建立起对问题有效的物理模型。

在一定的适用范围内大多数的实际研究对象或运动过程可以被看作某个物理模型和理想过程来处理，这说明了它具有现实意义的一方面。用简化的模型或过程来代替繁琐的、具体的物体或过程，可以使问题大大的简化，使主要因素非常突出，使其中的主要规律和它的主要性质更加方便被总结出来，复杂的矛盾被解决后，再对次要矛盾考虑进行修改、更正，从而使实际问题一步步的得到解决，这也说明了它是一种重要的科学研究方法的一方面。所以，怎么通过物理模型解决实际问题，能使学生较早地接触到现代科学研究的先进方法，从而提高学生科学抽象的探究问题和分析问题的能力。在中学物理教学阶段有目的地去训练学生掌握和运用用物理模型方法，对培养学生的科学思维和科学创新能力将有重要意义。

理想模型和理想过程在中学物理教学中占有非常重要的特殊地位。在中学物理中到处都用到理想模型中学物理由力、热、电、光四部分组成，在这四部分中，理想模型起着非常重要的作用。力学由运动学和动力学两大部分组成，其中运动学是用一系列理想过程来描写物体状态变化的，如竖直上抛、自由下落、平抛、斜抛运动过程都是不计算空气阻力这个次要因素的情况下来研究物体的运动变化过程的，否则，就得不出客观规律。动力学以牛顿定律为主线，而牛顿定律研究的对象是质点，称为质点力学，没有质点这个理想模型，就得不出牛顿三定律，很多的实际问题也就不能用牛顿定律来解释和解决。由牛顿第一定律可以解释我们日常生活中发生的很多惯性现象。由牛顿定律还可以导出动能定理和机械能守恒定律，可见质点这一物理模型在动力学中的作用是不可估量的。在研究天体运动中，如果不把地球这个实际物体视为质点，那么就无法研究天体的运动。力学的最后一部分讲到了振动和波，简谐振动就是一种理想化模型，它描述了理想模型—谐振子的运动规律，从而得出了振动的规律。如果不作必要的近似和简化，抽象出一定的物理模型，就不能用实验验证匀加速运动、匀速运动的规律以及弹性碰撞中动量、动能守恒。由此看来，在学习整个力学体系的过程阶段理想物理模型是一种重要的手段和科学研究方法 。

在中学物理的热学部分热力学占有很重要的部分—玻一马、查理和盖吕萨克三个实验定律和由此得出的理想气体物态方程。三个实验的实验条件—等压、等容、等温过程本身就是一种理想化的条件，但它们又是近似反映了气体的性质。只有将真实气体抽象为理想气体后，才使这些定律变得更严格、更准确，从而得出理想气体的状态方程。等温、等容就是理想化的。如果没有这些理想模型，很难用实验总结出这三条规律。绝热过程也是一种理想化模型。例如，热现象的本质就是大量分子的无规则运动，其整体遵循统计规律。为了引导学生抓住现象的本质，就需要建立热运动的微观模型。建立起只有分子一直不断做杂乱无章的运动才是热现象的本质的模型。利用这样的高度思维抽象过程，学生就能抓住模型所反映的本质属性，使认识达到一个新的高度。

在中学物理的电学部分，最基本的定律是库仑定律。真空中的点电荷是库仑定律适用的条件，真空是一种条件理想化模型，在库仑定律的基础上，人们研究了电场的性质。为准确描述电场的力的性质，引入了检验电荷。检验电荷是一种理想模型，它的电量小到不影响原来电场的性质，它的体积很小，可以看作在空间中只占一个点，从而得出了电场强度。为了描述电场能量，应用了匀强电场这个理想模型，匀强电场、磁场都是不计边缘效应得出的，而纯电感和纯电容器等也都是常用到理想物理模型。

几何光学的基本定律是：光的直线传播、反射和折射。在假定媒质是均匀情况下时能得出光是沿直线进行传播的，而绝对的均匀媒质是不存在的，只是人们为解决间题的方便而又不失其本质特性想象出来的这么一种物理模型.若没有这种模型，不运用物理思维的方法研究问题，或许到现在以至将来也不会总结出光的直线传播定律。反射、折射主要用到了光滑平面镜、薄透镜这些理想模型。采用这些物理模型，我们总结出几何光学的基本定律，为后来研究光学的有关知识打下了坚实的基础。

参考文献

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[2] 刘胜华.物理模型教学与创新能才的培养[J].物理教学，2009，31（4）： 7-9.

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