蔣貴明

(甘肅省武威第六中學 733000)

新的考綱要求我們大力引導學生由“解題”向“解決問題”轉(zhuǎn)變.學生要能夠解決實際問題.而物理模型正是實際問題與物理問題之間的橋梁.物理模型是我們對物理現(xiàn)象的理想化處理,物理模型既來源于生活,又高于生活,它是對生活現(xiàn)象的抽象性概括,通過化繁為簡的方式,反映事物變化的特征與本質(zhì),構(gòu)建事物的概念和體系 .物理模型的構(gòu)建是物理學習的一種重要方式.如何更好的使學生通過閱讀審題,將實際問題在頭腦中形成清晰的圖景,并能夠建立起物理模型,并能夠運用物理規(guī)律來解決問題,是當前物理教師要考慮的一個重要問題.

一、物理模型在高中物理教學中應用的意義

1.支撐物理規(guī)律和理論

物理學習的最終目的就是探索自然界中廣泛存在的物質(zhì)結(jié)構(gòu)和運動形態(tài).自然界的物質(zhì)具有很強的復雜性,要對客體本身進行抽象化,去研究物理模型.著名物理學家法拉第對電磁感應現(xiàn)象進行了模型設計,形成了場的概念,愛因斯坦通過光子模型的建設,很好的解釋了光電效應,正是這些模型的建立給物理研究提供了巨大的便利,也實現(xiàn)了人類物理研究史的飛躍.

2.作出科學的預言

科學家在進行研究的過程中,經(jīng)常將具體事物簡化為物理模型,不僅能夠解釋一些常見的現(xiàn)象,而且能夠作出科學的預言.比如海王星的發(fā)現(xiàn)就是通過對物理模型的研究而做出的預測,天文學家利用天王星軌道的攝動推測出海王星的存在與可能的位置,科學預言最終得到證實.海王星是利用數(shù)學預測而非有計劃的觀測發(fā)現(xiàn)的行星.

3.培養(yǎng)學生創(chuàng)造性思維

在高中物理教學過程中,構(gòu)建物理模型的本質(zhì)就是培養(yǎng)學生的創(chuàng)造性思維,物理思維的成果必須本身就具有獨創(chuàng)性和一定的研究價值,而物理模型正好適應了這一研究發(fā)展的需要.

二、高中物理教學中怎樣實現(xiàn)模型的建構(gòu)

1.對物理概念建模

物理模型直接反映了物體的屬性和本質(zhì),是對事物的抽象概括,是人觀察和實驗的產(chǎn)物,任何概念的形成都離不開物理思維,比如人們能觀察天體運動,機械運動,動物運動等,如果不通過認真的比較和分析,找出運動的共同屬性,人們就不能設計出機械運動,不會產(chǎn)生機械運動的概念,所以物理建模是必須要研究物理原型,抓住影響事物的主要因素,構(gòu)建理想化的物理模型,比如質(zhì)點、理想氣體、點電荷、純電阻、理想流體等

2.對物理過程建模

高中所學習的物理過程大多是理想化的物理過程,包括勻速直線運動、自由落體、平拋運動,勻速圓周運動等等,它們從不同的角度去揭示了運動的本質(zhì)屬性.

3.在習題教學過程中培養(yǎng)學生的建模能力

在高中階段,尤其是要面對高考的學生,每天都有面對大量的習題要做,物理問題往往是學生最頭疼的,但如果學生提高了構(gòu)建模型能力,就既可以發(fā)展思維能力,還能大大提高效率.例如,在解決動量守恒定律問題時,我們可以這樣建模：

圖1

例如：如圖1所示,光滑水平面上有帶有1/4光滑圓弧軌道的滑塊,其質(zhì)量為2m,一質(zhì)量為m的小球以速度v0沿水平面滑上軌道.

問題1. 小球?qū)⑷绾芜\動,小球和圓弧軌道組成的系統(tǒng)動量守恒嗎？

問題2.小球能否從上端飛出？若能飛出,飛出時滑塊的速度為多大？能飛多高？

模型的特點：只要地面光滑,那么

(1)球和弧面的總動量在水平方向上總是守恒的.從弧面最右側(cè)端脫離后,球?qū)⑴c弧面保持水平方向上的相對靜止,所以最終會從同一點回落再次以切線方向進入弧面.

(2)球和弧面之間的關(guān)系屬于完全彈性碰撞,任何時候兩者所組成的總體,在互相作用以后機械能是與作用前一致的.球處在弧面最底端時兩者總動能最大,重力勢能最??；球處在弧面最右側(cè)端時,球與弧面水平方向速度相等,兩者總動能最小,重力勢能最大.

變式將原題模型變?yōu)椋簩蓚€完全相同的圓弧模型A和B對接如圖2所示,放在光滑水平面上,A和B的傾斜面都是光滑曲面,曲面下端與水平面相切,讓物塊位于A的傾斜面上,距水平面的高度為h.物塊從靜止滑下,然后又滑上B.

圖2

問題1：物塊能否從B上滑出？

問題2：物塊在B上能否滑上相同高度？求物塊在B上能夠達到的最大高度.

在比如：在解決天體問題時,涉及天體系統(tǒng)時,我們可以這樣建模：

(1)雙星系統(tǒng)之“二人轉(zhuǎn)”模型

圖3

雙星系統(tǒng)由兩顆相距較近的星體組成,由于彼此的萬有引力作用而繞連線上的某點做勻速圓周運動(簡稱“二人轉(zhuǎn)”模型)，如圖3所示.雙星系統(tǒng)中兩星體繞同一個圓心做圓周運動,周期、角速度相等;向心力由彼此的萬有引力提供,大小相等.

(2)三星系統(tǒng)之“二繞一”和“三角形”模型

三星系統(tǒng)由三顆相距較近的星體組成,其運動模型有兩種:一種是三顆星體在同一條直線上,兩顆星體圍繞中間的星體做圓周運動(簡稱“二繞一”模型);另一種是三顆星體組成一個三角形,三星體以三角形的中心為圓心做勻速圓周運動(簡稱“三角形”模型).

總之,在高中物理學習的過程中,物理模型建構(gòu)是一種學習的重要方式,能滿足高中階段學生認知發(fā)展的需要,又能夠根據(jù)已有的知識理論去拓展學生的思維,幫助學生去形成創(chuàng)新性的物理思維,將物理知識真正運用到實際生活當中,真正實現(xiàn)物理教育的根本目標,培養(yǎng)學生的物理思維,讓學生學會學以致用.