宋鳳川

摘 要： 所謂物理模型就是人們?yōu)榱搜芯课锢韱?wèn)題的方便和探討事物的本質(zhì)，通過(guò)對(duì)各種實(shí)和現(xiàn)象的分析、綜合、比較、分類等思維過(guò)程，根據(jù)研究對(duì)象和問(wèn)題的特點(diǎn)，抓主要因素，忽略次要因素，對(duì)研究對(duì)象所進(jìn)行的一種簡(jiǎn)化的描述和模擬。構(gòu)建模型，應(yīng)用規(guī)律，是解題的關(guān)鍵，合理的物理模型是解決物理問(wèn)題的一種行之有效的方法。

關(guān)鍵詞： 物理模型 創(chuàng)造性思維 分解速度

應(yīng)用模型物理模型是一種理想化的物理形態(tài)，是物理知識(shí)的直觀顯現(xiàn)。構(gòu)建模型就是把實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行簡(jiǎn)化，簡(jiǎn)化為理論上的東西，比如在教運(yùn)動(dòng)學(xué)的時(shí)候，不研究汽車本身，你就可以把汽車簡(jiǎn)化為一個(gè)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)的模型，比如衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)，你有時(shí)候可以簡(jiǎn)化成圓周運(yùn)動(dòng)等，就是把實(shí)踐問(wèn)題中的一些不必要的東西簡(jiǎn)化，留下與你要求的東西相關(guān)的東西，比如研究杠桿，題目是用鋼板翹你可以簡(jiǎn)化為一根桿等。通常所說(shuō)的明確物理過(guò)程，把過(guò)程轉(zhuǎn)化為一幅清晰的物理圖景，就是為了構(gòu)建物理模型，針對(duì)模型的特征，利用相應(yīng)的規(guī)律解決。當(dāng)我們說(shuō)“這是哪一類問(wèn)題時(shí)”，實(shí)際上就隱含著這是“屬于哪一類物理模型”的意思。

建立物理模型（簡(jiǎn)稱“建模”），就是將實(shí)際問(wèn)題中的具體的、表面紛繁復(fù)雜的研究對(duì)象或物理過(guò)程，去除表面現(xiàn)象、深入本質(zhì)，將其歸納、轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單的我們熟知的一些具有代表性的、理想化的模型，這樣就可以順利地利用我們已有的知識(shí)、方法，處理這一實(shí)際的問(wèn)題。例如，我們要研究某一列動(dòng)車組從南京直達(dá)上海用了多少時(shí)間，由于動(dòng)車的長(zhǎng)度跟滬寧之間的距離相比，可以忽略不計(jì)；動(dòng)車各部分的運(yùn)動(dòng)差異，也對(duì)我們研究的問(wèn)題沒(méi)有影響，我們可以把這列動(dòng)車看做是一個(gè)理想化的模型——質(zhì)點(diǎn)；而動(dòng)車沿途的運(yùn)動(dòng)過(guò)程雖然很復(fù)雜，但一般可以簡(jiǎn)化為加速、勻速、減速的理想過(guò)程，這樣研究動(dòng)車運(yùn)動(dòng)問(wèn)題就簡(jiǎn)單、方便了。

質(zhì)點(diǎn)是最常見(jiàn)的力學(xué)模型，點(diǎn)電荷是研究靜電場(chǎng)的模型、點(diǎn)光源是光學(xué)問(wèn)題的模型；理想氣體是熱學(xué)的物理模型，彈簧振子、單擺是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的模型，盧瑟福的原子結(jié)構(gòu)是行星模型。具體處理物理問(wèn)題時(shí)，可以根據(jù)特征構(gòu)建相應(yīng)模型。例如彈簧模型、斜面模型、反沖模型、豎直面圓周運(yùn)動(dòng)模型、塊板模型、活塞氣缸模型、線圈磁場(chǎng)模型等。模型特征越明顯，解決時(shí)就越容易。因此，抓特征是構(gòu)建模型的關(guān)鍵，而構(gòu)建模型的過(guò)程、類比、等效等方法十分有用，在高中物理總復(fù)習(xí)階段，我有意識(shí)地將所面對(duì)的問(wèn)題構(gòu)建成相應(yīng)的模型，收到較好的效果。

在理解概念的基礎(chǔ)上，物理解題要經(jīng)過(guò)把實(shí)際問(wèn)題模型化，最后再還原的過(guò)程。之所以要模型化，是因?yàn)榭陀^世界中物體間的相互作用相當(dāng)復(fù)雜，我們不可能面面俱到。因此，在分析和研究物理現(xiàn)象時(shí)要忽略物理過(guò)程中的次要因素，抓住主要矛盾進(jìn)行抽象，得出物理模型——理想模型。目前理想模型的分類，說(shuō)法不一，我認(rèn)為理想模型主要有五種類型：一是實(shí)體模型：如質(zhì)點(diǎn)、剛體、理想氣體、點(diǎn)電荷、點(diǎn)光源、光線等。二是介質(zhì)模型，如輕彈簧、輕繩、輕桿、機(jī)械波等。三是條件模型，如光滑，阻力不計(jì)等。四是系統(tǒng)模型，如絕熱系統(tǒng)、動(dòng)量守恒系統(tǒng)、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)等。五是（運(yùn)動(dòng)）過(guò)程模型，如勻速直線運(yùn)動(dòng)、勻變速直線運(yùn)動(dòng)、平拋運(yùn)動(dòng)、豎直上拋運(yùn)動(dòng)、斜拋運(yùn)動(dòng)、爆炸、彈性碰撞、完全非彈性碰撞等。

理想模型是客觀世界找不到或很難找到，但又非常有用的模型。正確運(yùn)用理想模型，可以使復(fù)雜問(wèn)題的解決過(guò)程大大簡(jiǎn)化，并降低難度。但是理想模型是在一定條件下抽象的，所以一定要注意適用范圍。例如，在研究地球繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)時(shí)可把地球視為質(zhì)點(diǎn)，而研究地區(qū)的自轉(zhuǎn)時(shí)就不能把它看做質(zhì)點(diǎn)。又如，實(shí)際氣體在溫度不太低、壓強(qiáng)不太大的情況下才可以視為理想氣體，超出這個(gè)范圍，就不能再把實(shí)際氣體看成理想氣體。對(duì)系統(tǒng)模型也是一樣，比如絕熱系統(tǒng)，由于現(xiàn)實(shí)中根本不存在絕熱系統(tǒng)，只有當(dāng)氣體狀態(tài)變化很快，系統(tǒng)來(lái)不及和外界發(fā)生大量熱交換的情況下才可以視為絕熱系統(tǒng)。同樣，對(duì)過(guò)程模型，也要注意其適用條件和范圍，比如物體在地面附近水平拋出可視為平拋運(yùn)動(dòng)，離地面太遠(yuǎn)時(shí)重力是一個(gè)變量就不能看成平拋運(yùn)動(dòng)。

準(zhǔn)確把握物理模型的特點(diǎn)，對(duì)我們正確解題時(shí)十分有幫助的。比如，輕繩和輕桿連接著物體在豎直平面圓周運(yùn)動(dòng)，我們?nèi)绻罈U既能拉又能壓，而繩只能提供拉力這些特點(diǎn)，在最高點(diǎn)的最小速度就很容易判斷。在解決復(fù)雜得多的問(wèn)題時(shí)，可以把分解成許多小的過(guò)程模型，并且注意速度是前后兩個(gè)過(guò)程的銜接量，使一個(gè)復(fù)雜問(wèn)題變得非常清晰、簡(jiǎn)單。那么，何為物理建模思想？物理建模思想就是我們常常在碰到問(wèn)題的時(shí)候，不是直接構(gòu)建概念去處理，而是先放開(kāi)與之無(wú)關(guān)的因素或者是影響很小的次要因素，抓住主要因素，透過(guò)問(wèn)題的表象澄清事物的本質(zhì)，利用理想化的概念模型構(gòu)建解決和處理實(shí)際問(wèn)題的一種思維體系的思想，諸如質(zhì)點(diǎn)、單擺、輕桿、理想氣體、點(diǎn)電荷等。我們?cè)诶斫膺@些概念時(shí)，很難把握其實(shí)質(zhì)，而構(gòu)建概念模型思想則是一種高效解決問(wèn)題的思維模式。正確物理模型思想構(gòu)建最大的益處是對(duì)我們的思維發(fā)展、處理問(wèn)題的能力及我們的健康成長(zhǎng)和今后的發(fā)展占據(jù)重要的地位與決定性的作用。

那么，如何培養(yǎng)學(xué)生構(gòu)建物理建模思想呢？培養(yǎng)“物理建模思想”是一個(gè)創(chuàng)造性過(guò)程，對(duì)物理模型的認(rèn)識(shí)和理解是一個(gè)創(chuàng)造性的過(guò)程、一個(gè)培養(yǎng)創(chuàng)新思維能力的過(guò)程。可見(jiàn)引導(dǎo)我們真正認(rèn)識(shí)和理解甚至構(gòu)建“物理模型”的思想，是培養(yǎng)創(chuàng)造性思維和創(chuàng)新能力的必要的有效的途徑。從日常學(xué)習(xí)體會(huì)到，培養(yǎng)“物理建模思想”可以從以下的漸進(jìn)過(guò)程進(jìn)行。物理建模思想構(gòu)建第一步：利用實(shí)體映射影像構(gòu)建模型存儲(chǔ)。物理中的某些客觀實(shí)體，如靜放在水平桌面上的粉筆盒，引導(dǎo)我們觀察它的各個(gè)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)情況和整個(gè)粉筆盒的運(yùn)動(dòng)情況。物理建模思想構(gòu)建第二步：利用對(duì)比重主忽次構(gòu)建模型存儲(chǔ)。物理建模思想構(gòu)建第三步：知識(shí)升化狀態(tài)-過(guò)程構(gòu)建模型存儲(chǔ)。物理建模思想構(gòu)建第四步：知識(shí)類化理想實(shí)驗(yàn)構(gòu)建模型存儲(chǔ)?！拔锢斫Ｋ枷霕?gòu)建”是非常重要的，更重要的是引導(dǎo)我們領(lǐng)悟這種思索過(guò)程，感受這種思想的建構(gòu)過(guò)程。

總之，對(duì)概念和模型的掌握，是學(xué)習(xí)物理解題不可或缺的重要環(huán)節(jié)，只有真正理解和掌握物理概念和模型，才能在物理解題中統(tǒng)攬全局，成為物理解題的行家里手。

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