蔣明星

（酒泉中學，甘肅 酒泉 735000）

一、物理模型概述

1.物理模型的概念

所謂物理模型，即在分析和解決實際物理問題時，突出主要的、本質(zhì)的特征，忽略次要的、非本質(zhì)的因素，對實際物體和物理過程所做的一種簡化的描述或模擬。這是一種抽象的思維方法。比如質(zhì)點，就是突出了物體的質(zhì)量，忽略了它的形狀、體積、溫度和發(fā)光等因素而形成的一種理想化模型。以物理事實為基礎，運用科學的思維方法，構建物理模型的過程是培養(yǎng)學生的創(chuàng)造思維和探索能力的有效途徑。

2.物理模型的分類

根據(jù)物理模型在實際問題中所起的作用，一般分為兩大類：一類是表示物體的模型即對象模型。如質(zhì)點、光滑平（曲）面、彈簧振子、單擺、理想氣體、點電荷、理想變壓器、點光源、平面鏡、盧瑟福原子核式模型、玻爾原子模型等。另一類是表示狀態(tài)和過程的模型即過程模型。如勻速（勻變速）直線運動、勻速圓周運動、拋體運動、簡諧振動、對心碰撞、理想氣體的變化過程（等溫變化、等容變化、等壓變化、絕熱變化）、光的直線傳播、光的反射、光的折射等。

3.物理模型的主要特點

典型性是物理模型的首要特點。物理模型是從一類物理問題中，抓住本質(zhì)問題，刪除干擾和次要因素，集基礎知識與基本規(guī)律于一體，具有代表性的結(jié)晶。

方法性是物理模型的第二個特點。物理模型不只是知識的結(jié)晶，同時也是思維的結(jié)晶。掌握好物理模型除了加深對物理概念的理解之外，還可以從物理模型的建立，理解物理知識深刻的內(nèi)涵及外延，體會運用物理知識解決實際問題的思路和邏輯方法。

二、實際問題中如何建立物理模型

1.直接建立法

直接建立法的步驟為：

①明確研究對象，抽象為理想化的對象模型。

②分析所處環(huán)境，建立正確的理想化環(huán)境，即物理環(huán)境。

③準確分析研究對象在物理環(huán)境中的運動變化，突出過程特點，抽象為理想化的過程模型。

對具體物理問題，在確立研究對象并抽象為理想化的對象模型后，應認真分析物理現(xiàn)象產(chǎn)生的物理過程、明確物理過程進行的特點、影響物理過程進行的各種因素，根據(jù)具體問題的具體要求，在突出過程特點的前提下，抓住重點，忽略次要點，把實際的物理過程抽象為理想化過程。然后按照其遵循的物理規(guī)律列出方程，問題也就迎刃而解了。

例：如圖1，勁度系數(shù)為K的彈簧，一端固定于墻壁，另一端連著質(zhì)量為M的物體，物體靜止于光滑水平面上的O點現(xiàn)有一質(zhì)量為m的子彈以水平速度v0射入且留在物體中，試問最少需要多長間物體又到達0點?物體的最大位移是多少?

解：開始時取子彈和物體組成的系統(tǒng)為研究對象，忽略子彈的轉(zhuǎn)動，認為子彈射進物體的過程為平動，從而建立質(zhì)點系統(tǒng)模型。而子彈從開始射入木塊到停留在木塊中這一過程時間極短，彈簧的形變微小到可以忽略，所以可認為在此過程中，沿水平方向系統(tǒng)所受合外力為零，系統(tǒng)的變化為完全非彈性碰撞，從而可建立完全非彈性碰撞過程模型。系統(tǒng)動量守恒，故有：m v0=（M+m）v

圖1

又因為系統(tǒng)獲得速度的過程短暫，它們的位移微小到可以忽略，故可認為系統(tǒng)雖已具有速度v，但還處在平衡位置O點處。此后，選取子彈、物體和彈簧組成的系統(tǒng)為研究對象，忽略彈簧質(zhì)量、空氣阻力和摩擦力，建立彈簧振子模型；振子從平衡位置O處以速度v向左運動的過程，滿足簡諧振動模型，故根據(jù)簡諧振動的周期公式和機械能守恒，可得方程：

由上式即可獲知物體再次到達O點的最短時間t與物體的最大位移A分別為：

在這個問題的解決中，我們先后建立了兩個研究對象的物理模型（相互作用的質(zhì)點系及彈簧振子）和兩個運動變化的物理模型（完全非彈性碰撞及簡諧振動），這些模型一建立，我們就知道用動量守恒和簡諧振動公式求解，得出相應的結(jié)果，問題也就迎刃而解。

2.用類比、等效變換進行物理模型的遷移

類比、等效變換是以某種已確定的模型為基本模型，把與此形態(tài)、性質(zhì)或規(guī)律類似的其他客體歸納到基本模型，用與基本模型相同或類似的研究方法來認識新客體的性質(zhì)或規(guī)律，從而形成學習的正遷移。有助于學生求同思維的發(fā)展。

如用單擺振動等效類比電磁振動蕩過程；將理想氣體分子等效為彈性小球，并用彈性小球?qū)ζ鞅诘呐鲎踩ソ忉尯屯茖怏w壓強公式；用天體系統(tǒng)中的行星模型類比盧瑟福原子的核式結(jié)構及玻爾原子模型，大大降低了學習難度。

三、物理模型在中學物理教學中的作用

1.物理模型可使教學重、難點“軟著陸”

中學物理教材中的許多物理知識比較抽象難懂，往往不易被學生理解和接受，學生常感到問題復雜，學習起來困難。但通過采用模型方法來實施教學，突出問題的主要因素，簡化次要因素，引導學生建立起清晰的物理情景，暴露物理過程，達到疏通思維渠道，使物理問題由難變易，由繁化簡，起到軟化教學過程的作用。

2.物理模型可促進學生能力的提高

每一個物理過程的處理，物理模型的建立，都離不開對物理問題的分析。教學中，通過對物理模型的設計思想及分析研究思路的教學，能培養(yǎng)學生對較復雜物理問題進行具體分析，區(qū)分主要因素和次要因素，抓住問題的本質(zhì)特征，正確運用科學抽象思維的方法去處理物理問題的能力，有助于學生思維能力的提高，也有助于學生掌握物理學的研究方法。

3.物理模型還有推進中學物理教學過程中辯證唯物主義思想教育的作用

物理學中每一個物理模型的建立與發(fā)展都蘊藏著豐富的哲學內(nèi)涵，它是我們在教學過程中對學生實施辯證唯物主義教育的好教材，應充分給予挖掘。如在光的本質(zhì)教學中，通過光的波粒二象性模型說明矛盾著的兩個方面即對立又統(tǒng)一；在對原子結(jié)構模型的發(fā)展變化的講解中，引導學生去理解真理發(fā)展的辯證關系，即真理是客觀的，同時又是相對的，使學生認識到人類對客觀世界的認識具有歷史局限性，從而幫助學生樹立起正確的辯證唯物主義的方法觀。

這就要求我們在平時的教學中，不僅要讓學生掌握基本概念、規(guī)律的內(nèi)涵外延，還要引導學生重視它們是如何分析判斷、抽象得出的，培養(yǎng)學生的科學方法技能，教會學生善于從新材料中提出信息，學會如何思考加工處理，構建模型，實現(xiàn)已有知識和技能的遷移，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維能力。