馮君生 黨婕

理想模型，作為物理學家推導、建立許多的定理和公式的重要依據(jù)之一，對整個物理學的研究與學習起到了極其重要的作用。無論在解決理論問題方面，還是在實際測算領域，理想模型都是一個重要的工具。所以，引導初學者經(jīng)歷這樣一個漸進的過程：初步接觸、理解、應用乃至深度應用物理學中的理想模型。尤其是對于電動力學的初學者而言，毫無疑問，這是電動力學教學過程中的重要一環(huán)。

一、理想模型在電動力學中的應用

電動力學中有著許許多多的理想模型，下面就舉出幾個電動力學中模型的例子。

1.點電荷

某個空間內(nèi)，存在著兩個相互作用的帶電物體，而這兩者之間相隔的距離遠遠大于兩個電荷的線度時，往往為了研究的簡便和單一性，我們把電荷理想成一個點電荷——這個點電荷的大小線度近乎為零，形狀也不足以會影響兩者作用結(jié)果，或者說，此時把它近似地看做一個帶電的純幾何點。這樣的近似模型，就是一個很簡單的理想模型。

點電荷有時會被認為是指幾何線度無限小即縮成幾何上的點的電荷，實際上并非如此。所謂點電荷并非是指幾何線度無窮小，而是其形狀與電荷在帶電體中的分布對所研究的問題已無關(guān)緊要。

點電荷這種理想模型是實際帶電體的抽象和近似。它使許多復雜多樣的實際問題分解或者簡化為某種基本問題。例如：洛倫茲力公式推導建立、試驗電荷的引入以及帶電體產(chǎn)生的電場和帶電體之間相互作用的定量研究等。

2.電場線以及磁感應線

為形象地描述出某種物質(zhì)的形狀、特征，英國物理學家法拉第人為畫出一些有著特殊形狀的曲線，以便研究的實體形象化，這便是電場線與磁感應線產(chǎn)生的原始目的。

在研究電場過程中，電場線被畫出，作為電場分布形象描述的輔助工具。在電場線描述的電場中，一些物理量被合理地解釋和適當?shù)乩斫?，如場強等等。電場線也是一個理想模型，它實際上并不存在。

磁感應線與電場線十分相似，磁感應線也是假象出來，用作描述磁場分布的空間曲線簇，人們借助磁感應線更加形象地理解磁場中的相互作用和發(fā)生的一切變化。

二、理想模型在電動力學教學中的作用

1.理想模型形成了電動力學相關(guān)概念建立物理規(guī)律的基礎

電動力學的主要目的是探索電磁場中各種粒子最基本的運動形態(tài)、粒子結(jié)構(gòu)及相互作用，要達到這種目的，必須得出反映微觀粒子運動過程在一定條件的物理規(guī)律，并要求在此基礎上形成系統(tǒng)嚴密的電動力學理論，而由于微觀世界粒子的復雜性和多樣性，完全按照物理客體的本來面目進行研究，問題將變得很復雜，很難得出定量物理規(guī)律和系統(tǒng)的物理理論，這就要求對其進行抽象，得出能反映粒子客體本質(zhì)屬性的理想模型。

理想模型是電動力學規(guī)律、理論與客觀世界之間的中間環(huán)節(jié)，所以說，理想模型是電動力學規(guī)律和理論賴以建立的基礎。

2.理想模型所得出的結(jié)論具有較強的適用性

在構(gòu)建電動力學理想模型時，雖然忽略了一些次要因素，但由于保留了影響物理性質(zhì)的主要因素，因而得出的結(jié)論具有適用性，其結(jié)果雖然有其近似的一面，但物理學家們只要對這些結(jié)論進行適當修正，便可與實際物理過程較好地符合。

三、高中物理教學當中理想模型的應用

物理作為我國素質(zhì)教育中的一部分，在高中物理教學中，物理知識都是一些比較抽象的規(guī)律和定律，對于這些抽象化的知識，如果老師只是一味地講述，學生在學起來就會顯得比較吃力。理想模型是為了便于研究而建立的一種高度抽象的理想客體，在高中物理教學中，能夠?qū)⒊橄蠡闹R簡單化，從而便于學生掌握，保障教學質(zhì)量。

1.提高學生對知識的掌握能力

在我國高中物理教學中，物理知識都是一些比較抽象的東西，許多物理概念是反映物理現(xiàn)象和過程本質(zhì)屬性的思維。利用理想模型，根據(jù)教學內(nèi)建立相應的模型，通過模型來將抽象的概念實體化、簡明化，從而提高學生對知識的掌握能力和理解能力。例如，某高中教師在講解牛頓定律的時候，老師為了加深學生對知識的了解，利用多媒體技術(shù)建立這樣一個模型：兩個水平面，其中一個水平面上鋪設毛巾，兩分塊木頭別置于兩個不同的平面上，用力推木頭，木頭向前滑動，當推力停止時，木頭就會停下。通過這樣的模型來加深學生對牛頓定律的了解與認識，同時也活躍課堂氛圍，提高學生學習的積極性。

2.提高學生的科學素質(zhì)

理想模型是根據(jù)物理規(guī)律客觀存在的特性進行模型建立，通過模型可以簡化知識，在一定條件下，作為一種近似，可以把實際事物當作模型來處理，從而揭示物理規(guī)律的處理問題的方法。例如，在某高中物理教學中，在研究天體運動這一知識時，老師利用計算機技術(shù)，將天體運動的軌跡通過模型建造來進行表述，通過簡化天體運動這一抽象的知識，學生通過模型了解到天體運動的軌跡是橢圓運動，從而加深學生對知識的掌握，同時橢圓運動又與數(shù)學有著密切的關(guān)聯(lián)，通過模型建造不僅可以提高學生的科學素質(zhì)，還可以達到一舉多得的教學效果。

物理作為一門抽象化的學科，在我國高中階段，學生對抽象化的物理知識較為難以理解和掌握。同時在我國當前社會發(fā)展形勢下，社會對人才的需求日益膨脹，高中物理作為我國素質(zhì)教育中的一部分，保障其教學質(zhì)量有著重要意義。隨著教學方法種類的增多，理想模型作為一種教學方法已經(jīng)被普遍地應用于我國當前素質(zhì)教育中。將理想模型應用于我國高中物理教學中，通過建模，將物理知識理想化、簡單化、實體化，能夠有效地提高學生對知識的掌握，提高學生的學習興趣，保障物理教學質(zhì)量。

編輯 溫雪蓮