蔣貴明

(甘肅省武威第六中學(xué) 733000)

新的考綱要求我們大力引導(dǎo)學(xué)生由“解題”向“解決問題”轉(zhuǎn)變.學(xué)生要能夠解決實(shí)際問題.而物理模型正是實(shí)際問題與物理問題之間的橋梁.物理模型是我們對(duì)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(duì)生活現(xiàn)象的抽象性概括,通過化繁為簡(jiǎn)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(xué)習(xí)的一種重要方式.如何更好的使學(xué)生通過閱讀審題,將實(shí)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(yùn)用物理規(guī)律來解決問題,是當(dāng)前物理教師要考慮的一個(gè)重要問題.

一、物理模型在高中物理教學(xué)中應(yīng)用的意義

1.支撐物理規(guī)律和理論

物理學(xué)習(xí)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(yùn)動(dòng)形態(tài).自然界的物質(zhì)具有很強(qiáng)的復(fù)雜性,要對(duì)客體本身進(jìn)行抽象化,去研究物理模型.著名物理學(xué)家法拉第對(duì)電磁感應(yīng)現(xiàn)象進(jìn)行了模型設(shè)計(jì),形成了場(chǎng)的概念,愛因斯坦通過光子模型的建設(shè),很好的解釋了光電效應(yīng),正是這些模型的建立給物理研究提供了巨大的便利,也實(shí)現(xiàn)了人類物理研究史的飛躍.

2.作出科學(xué)的預(yù)言

科學(xué)家在進(jìn)行研究的過程中,經(jīng)常將具體事物簡(jiǎn)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(xué)的預(yù)言.比如海王星的發(fā)現(xiàn)就是通過對(duì)物理模型的研究而做出的預(yù)測(cè),天文學(xué)家利用天王星軌道的攝動(dòng)推測(cè)出海王星的存在與可能的位置,科學(xué)預(yù)言最終得到證實(shí).海王星是利用數(shù)學(xué)預(yù)測(cè)而非有計(jì)劃的觀測(cè)發(fā)現(xiàn)的行星.

3.培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性思維

在高中物理教學(xué)過程中,構(gòu)建物理模型的本質(zhì)就是培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維,物理思維的成果必須本身就具有獨(dú)創(chuàng)性和一定的研究?jī)r(jià)值,而物理模型正好適應(yīng)了這一研究發(fā)展的需要.

二、高中物理教學(xué)中怎樣實(shí)現(xiàn)模型的建構(gòu)

1.對(duì)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(duì)事物的抽象概括,是人觀察和實(shí)驗(yàn)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(yùn)動(dòng),機(jī)械運(yùn)動(dòng),動(dòng)物運(yùn)動(dòng)等,如果不通過認(rèn)真的比較和分析,找出運(yùn)動(dòng)的共同屬性,人們就不能設(shè)計(jì)出機(jī)械運(yùn)動(dòng),不會(huì)產(chǎn)生機(jī)械運(yùn)動(dòng)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(diǎn)、理想氣體、點(diǎn)電荷、純電阻、理想流體等

2.對(duì)物理過程建模

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

3.在習(xí)題教學(xué)過程中培養(yǎng)學(xué)生的建模能力

在高中階段,尤其是要面對(duì)高考的學(xué)生,每天都有面對(duì)大量的習(xí)題要做,物理問題往往是學(xué)生最頭疼的,但如果學(xué)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(dòng)量守恒定律問題時(shí),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\(yùn)動(dòng),小球和圓弧軌道組成的系統(tǒng)動(dòng)量守恒嗎？

問題2.小球能否從上端飛出？若能飛出,飛出時(shí)滑塊的速度為多大？能飛多高？

模型的特點(diǎn)：只要地面光滑,那么

(1)球和弧面的總動(dòng)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(duì)靜止,所以最終會(huì)從同一點(diǎn)回落再次以切線方向進(jìn)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(shí)候兩者所組成的總體,在互相作用以后機(jī)械能是與作用前一致的.球處在弧面最底端時(shí)兩者總動(dòng)能最大,重力勢(shì)能最??；球處在弧面最右側(cè)端時(shí),球與弧面水平方向速度相等,兩者總動(dòng)能最小,重力勢(shì)能最大.

變式將原題模型變?yōu)椋簩蓚€(gè)完全相同的圓弧模型A和B對(duì)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(dá)到的最大高度.

在比如：在解決天體問題時(shí),涉及天體系統(tǒng)時(shí),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(diǎn)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)(簡(jiǎn)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(gè)圓心做圓周運(yùn)動(dòng),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(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)(簡(jiǎn)稱“二繞一”模型);另一種是三顆星體組成一個(gè)三角形,三星體以三角形的中心為圓心做勻速圓周運(yùn)動(dòng)(簡(jiǎn)稱“三角形”模型).

總之,在高中物理學(xué)習(xí)的過程中,物理模型建構(gòu)是一種學(xué)習(xí)的重要方式,能滿足高中階段學(xué)生認(rèn)知發(fā)展的需要,又能夠根據(jù)已有的知識(shí)理論去拓展學(xué)生的思維,幫助學(xué)生去形成創(chuàng)新性的物理思維,將物理知識(shí)真正運(yùn)用到實(shí)際生活當(dāng)中,真正實(shí)現(xiàn)物理教育的根本目標(biāo),培養(yǎng)學(xué)生的物理思維,讓學(xué)生學(xué)會(huì)學(xué)以致用.