桂進(jìn)

【摘要】高中物理課的主要教學(xué)目標(biāo)有兩方面：一方面是幫助學(xué)生了解自己的興趣與發(fā)展?jié)撃?，提升他們的科學(xué)素養(yǎng)，為以后發(fā)展和選擇打好基礎(chǔ);另一方面是讓學(xué)生通過探究學(xué)習(xí)物理，了解物理知識(shí)與生活的聯(lián)系，體會(huì)科學(xué)精神與人文精神的結(jié)合，從歷年高考成績(jī)中我們也可以看出，高中理科中最難學(xué)的非物理莫屬了，怎樣讓學(xué)生學(xué)好物理擺在我們面前是一個(gè)難題， 在物理教學(xué)諸多教學(xué)方法中，常見的有講授法、實(shí)驗(yàn)法、討論法、探索發(fā)現(xiàn)法、科學(xué)研究法、物理模型法，而物理建模教學(xué)法實(shí)際教學(xué)中是一種重要的教學(xué)方法。

【關(guān)鍵詞】物理教學(xué)? 建模教學(xué)? 常見模型

【中圖分類號(hào)】G633.7 ? 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2021）28-0083-02

一、建立物理模型重要意義

物理學(xué)研究對(duì)象常常具有一定難度和一定的復(fù)雜性，在解題中為了快速的理解，準(zhǔn)確的解題，這不但要求我們有扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，還需對(duì)類似的問題有個(gè)高度的概括，抓住問題的本質(zhì)，并加以歸納和拓展，讓學(xué)生明白此類問題形成的原因、注意的事項(xiàng)、問題的延伸、和解題的技巧，一目了然從而快速解題，這種學(xué)習(xí)模式和解題方式稱之為“物理模型法”。

在高中階段學(xué)生所學(xué)的每一條物理原理、定理、定律都與一定的物理模型相聯(lián)系，如：質(zhì)點(diǎn)、重心、機(jī)動(dòng)車啟動(dòng)、光的反射與折射、遠(yuǎn)距離輸電、自由落體運(yùn)動(dòng)、平拋運(yùn)動(dòng)、豎直上拋運(yùn)動(dòng)、可逆運(yùn)動(dòng)與不可逆運(yùn)動(dòng)、豎直與水平面內(nèi)勻速圓周運(yùn)動(dòng)臨界問題、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)、碰撞等，它們幾乎是某種條件的簡(jiǎn)化，但都有著各自的特點(diǎn)，都有各自的規(guī)律可循。

二、構(gòu)建物理模型的基本思路和方法

很多學(xué)生進(jìn)入高中后，還是保留初中的學(xué)習(xí)習(xí)慣，認(rèn)為背背公式，刷刷題，就能解決問題，實(shí)際上他們忽略相關(guān)物理概念形成的背景，不善于觀察提煉問題的精髓部分，缺少對(duì)問題深入及問題的延伸的理解，停在很膚淺的層面，所以解題錯(cuò)誤率高，久而久之會(huì)失去學(xué)習(xí)物理的信心。近幾年的高考命題中物理難度逐漸增大，更側(cè)重學(xué)生對(duì)物理知識(shí)綜合應(yīng)用能力，把“能從實(shí)際問題中提煉出合理物理模型”作為考查重點(diǎn)。因此如何讓學(xué)生掌握物理模型，并應(yīng)用物理模型去解決實(shí)際問題，就成了高中物理教學(xué)的一個(gè)必不可少的重要教學(xué)環(huán)節(jié)。

（一）教師在教學(xué)過程中要重視對(duì)學(xué)生建模意識(shí)的培養(yǎng)。物理模型是建模思想的產(chǎn)物，建模思想就要求在概念教學(xué)中就是不停地構(gòu)建概念模型的過程，許多物理概念本身就體現(xiàn)了建模的思想，如剎車過程、瞬時(shí)加速度、追擊與相遇、等量同（異）種電荷、電場(chǎng)線、磁感線、光線等，因此我們科學(xué)地選取素材，激發(fā)學(xué)生對(duì)物理建模產(chǎn)生興趣。從廣義講，一方面我們帶領(lǐng)學(xué)生深入教材，挖掘教材所蘊(yùn)涵的物理模型，高度去概括去探究，形成一目了然的規(guī)律，讓學(xué)生明白使用該模型時(shí)解題的技巧，注意的問題，使之能真正成為看得見、摸得著、用得上，從而激發(fā)學(xué)生的建模興趣。

（二）構(gòu)建物理模型常見的方法。1.理想法：抓住物體主要特征，忽略一些次要因數(shù)，如質(zhì)點(diǎn)的引入，忽略物體形狀與大小;點(diǎn)電荷忽略物體形狀與大小及電荷的分布;理想變壓器忽略能量的損失且無漏磁;拋體運(yùn)動(dòng)忽略空氣的重阻力等等。2.類比法：根據(jù)有些物理量間存在許多相同或相似的屬性，便以此類推他們具有共性，如電勢(shì)與地勢(shì)、電勢(shì)能與重力勢(shì)能、末速為零的勻減速類比初速為零勻加速等等。3.等效替代法：當(dāng)研究對(duì)象比較復(fù)雜時(shí)難以解答時(shí)，可以嘗試用等效法處理，如利用等效重力場(chǎng)處理帶電粒子在電場(chǎng)中豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)，帶電球體將電荷等效球心處、運(yùn)動(dòng)的等效、力的等效等等。4.微元法：在解題時(shí)但研究對(duì)象不符合條件時(shí)，可將研究對(duì)象或物理過程視作由許多微小體或N等分組成，在這些微小結(jié)構(gòu)有符合條件，如摩擦力做功、帶電圓環(huán)等等。5.假設(shè)法：當(dāng)所研究的物理現(xiàn)象不能直接判斷時(shí)，可以采用假設(shè)法，假設(shè)條件改變，物體看物理狀態(tài)是否發(fā)生變化，從而進(jìn)行分析判斷，常用于受力分析和運(yùn)動(dòng)分析中。6.極限法：在極限狀態(tài)下對(duì)物體進(jìn)行分析，得出結(jié)論。

（三）構(gòu)建物理模型應(yīng)重視兩個(gè)環(huán)節(jié)。物理模型不僅是知識(shí)的結(jié)晶還是知識(shí)的高度升華，它具有典型性和易理解性等特點(diǎn)。物理模型的建立，可以引導(dǎo)學(xué)生更深刻的理解物理知識(shí)，體會(huì)用物理模型解題帶來的準(zhǔn)確性和快速性，從而增加學(xué)習(xí)興趣。

三、高中常見的物理模型

高考命題以《考試大綱》為依據(jù)，考查學(xué)生對(duì)高中物理知識(shí)的掌握情況，體現(xiàn)了“知識(shí)與技能、過程與方法并重”的高中物理學(xué)習(xí)思想，每年各地的高考題為了避免雷同而千變?nèi)f化、多姿多彩，但又總有一些共性，就高中物理常見模性可粗略地總結(jié)如下：

1.“理想化”模型：質(zhì)點(diǎn)、點(diǎn)電荷、電場(chǎng)線、磁場(chǎng)線、遠(yuǎn)距離輸電、理想變壓器、理想氣體等。

2.“運(yùn)動(dòng)類”模型：勻變速直線運(yùn)動(dòng)、末速為零的運(yùn)動(dòng)、表格信息問題、可逆與不可逆直線運(yùn)動(dòng)、追擊和相遇問題、各種拋體運(yùn)動(dòng)（豎直上拋、平拋、斜拋、類平拋）、帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)等等。

3.“測(cè)速”模型：紙帶測(cè)速、超聲波測(cè)速、光電門測(cè)速、頻閃照相測(cè)速。

4.“圖像類”模型：圖像問題出現(xiàn)頻率很高，常見于運(yùn)動(dòng)學(xué)、力學(xué)、動(dòng)力學(xué)、動(dòng)能量、電學(xué)等等，其出現(xiàn)三種形式：①根據(jù)圖線分析對(duì)應(yīng)物理過程;②根據(jù)物理過程畫出圖線，再根據(jù)圖線解決相關(guān)問題;③圖線間相互轉(zhuǎn)化。

5.“共點(diǎn)力平衡計(jì)算”模型：①平衡力的計(jì)算方法有平行四邊形法則、三角形相似法、正弦定理法（拉密定理法）、正交分解法、整體法和隔離法;②其它模型：極值與臨界、動(dòng)態(tài)變化（處理方法有作圖法、解析法、動(dòng)態(tài)圓）。

6.“繩子”模型：受力特征、懸繩、死結(jié)與活結(jié)、速度關(guān)聯(lián)、繃緊瞬間。

7.“彈簧”模型：形變問題、受力問題、彈簧參與運(yùn)動(dòng)（分變速和勻變速）、瞬間加速度、動(dòng)量能量、彈性勢(shì)能。

8.“輕桿”模型：受力問題、自由桿與固定桿、速度關(guān)聯(lián)問題。

9.“牛頓第二定律的理解”模型：瞬時(shí)性問題、超重和失重問題、等時(shí)圓、連接體、與圖像相關(guān)的動(dòng)力學(xué)問題、加速度的分解、極值與臨界問題、傳送帶問題、滑板與滑塊等。

10.“運(yùn)動(dòng)合成和分解”模型：小船過河、繩桿速度關(guān)聯(lián)等。

11.“平拋運(yùn)動(dòng)”模型：平拋與斜面、多體平拋、有其他約束條件的平拋運(yùn)動(dòng)、平拋運(yùn)動(dòng)中的臨界與極值問題、平拋與體育、斜上拋運(yùn)動(dòng)、類平拋等等。

12.“有關(guān)圓周運(yùn)動(dòng)”常見模型：①“圓周運(yùn)動(dòng)中三種傳動(dòng)方式”模型：皮帶傳動(dòng)、共軸轉(zhuǎn)動(dòng)、齒輪咬動(dòng)。②“圓周運(yùn)動(dòng)模型的臨界問題”模型：水平面的臨界、豎直面的臨界、斜面的臨界、沿圓弧運(yùn)動(dòng)兩種情景。③圓周運(yùn)動(dòng)等效重力場(chǎng)問題。④圓錐擺模型。

13.“天體運(yùn)動(dòng)”常見模型：①重力與萬有引力的關(guān)系：重力與緯度關(guān)系、重力與高度關(guān)系、在礦井深為d處、重力加速度反常。②天體質(zhì)量和密度的估算，兩種思路一是根據(jù)天體表面重力加速度和天體半徑，而是根據(jù)天體衛(wèi)星和軌道半徑。③衛(wèi)星類：衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的參數(shù)的比較、同步種類（極地衛(wèi)星、同步衛(wèi)星）、衛(wèi)星的發(fā)射和回收、衛(wèi)星的變軌及對(duì)接、衛(wèi)星的追擊與相遇。

14.“機(jī)動(dòng)車啟動(dòng)”常見模型：勻加速啟動(dòng)、額定功率啟動(dòng)。

15.“能量應(yīng)用”常見模型：傳送帶相關(guān)的能量、與連接體相關(guān)的能量、與拋體運(yùn)動(dòng)相關(guān)的功能、與圓周運(yùn)動(dòng)相關(guān)的功能、與摩擦力有關(guān)的能量、與滑塊木板模型相關(guān)的功能、與動(dòng)量相關(guān)的功能、與圖像相關(guān)的功能、能量守恒中兩個(gè)“刺”。

16.“動(dòng)量的應(yīng)用”常見模型：多次碰撞問題、子彈打木塊模型、反沖模型、人船模型、爆炸模型、滑塊木板模型、弧型槽模型、彈簧模型、多體作用、電磁感應(yīng)中的動(dòng)量問題、原子物理中的動(dòng)量問題。

17.“三個(gè)自由電荷”模型：同一直線上三個(gè)自由電荷平衡狀態(tài)和一起加速狀態(tài)，不在同一直線上三個(gè)自由電荷一起加速狀態(tài)。

18.“兩點(diǎn)電荷場(chǎng)強(qiáng)與電勢(shì)分布”模型：兩等量異（同）種點(diǎn)電荷、兩不等量異種點(diǎn)電荷。

19.“靜電場(chǎng)中的速度圖像”模型：速度圖像、場(chǎng)強(qiáng)圖像、電勢(shì)圖像、電勢(shì)能圖像等等。

20.“帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)”模型：加速、偏轉(zhuǎn)、先加速后偏轉(zhuǎn)、側(cè)移、帶電粒子在交變電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)、等效場(chǎng)重力場(chǎng)、示波器。

21.“帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的邊界問題”模型：?jiǎn)芜吔?、多邊界、圓邊界（滾動(dòng)圓、平移圓、放縮圓、磁聚焦）。

22.“帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)問題”模型。

23.“磁場(chǎng)與現(xiàn)代科技”模型：磁流體發(fā)電、電磁流量計(jì)、霍爾效應(yīng)、質(zhì)譜儀、速度選擇器、回旋加速器、電視機(jī)顯像管。

24.“電路的動(dòng)態(tài)分析”模型。

25.“電學(xué)中非線性元件”模型。

26.“遠(yuǎn)距離輸電升壓降壓的變壓器模型”模型：模型圖、電壓關(guān)系、電流關(guān)系、功率關(guān)系。

27.“電磁感應(yīng)中軌+桿”模型：①單桿+軌：外力型、沖量型、含源型;②含容單桿+軌：外力型、沖量型、含源型;③雙桿+軌：等長(zhǎng)雙桿和不等長(zhǎng)雙桿，常見于外力型和沖量型。

總之，由于客觀存在具有多樣性，它們的運(yùn)動(dòng)、變化往往是非常復(fù)雜的，人們對(duì)其意識(shí)的反應(yīng)也隨之變化，不可能短時(shí)間內(nèi)清楚其實(shí)質(zhì)，而采用物理模型來代替實(shí)在的客觀存在，可以使事物的規(guī)律變得簡(jiǎn)單，更容易去理解去認(rèn)知，利用建模思想構(gòu)建正確的物理模型可使我們對(duì)物理本質(zhì)的理解快捷而深入，對(duì)物理問題的分析更加清晰明了，所以物理模型的建立必將為中學(xué)物理課堂教學(xué)改革提供新的思路;物理建模教學(xué)是其他教學(xué)模式的一種補(bǔ)充，其功能是其他教學(xué)模式無法替代的。

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