高考物理中的模型（精选十篇）
高考物理中的模型 篇1
一、运用物理模型进行物理规律教学
物理规律是物理学科体系的核心要素。它反映了物质结构和物质运动中诸要素之间内在的必然联系, 表现为某物理状态或物理过程中相关要素之间在一定条件下所遵从的关系, 通常有定律、定理、原理、法则、方程等形式。物理规律教学对于学生学好物理知识、运用物理规律解决实际问题, 具有关键作用。如能恰当运用物理模型可以使物理规律易于理解, 更好地纳入学生已经建构的知识体系中去。譬如在电磁相互作用教学中, 有这样一个问题:把轻质导线圈用绝缘细线悬挂在条形磁铁N极附近, 当线圈通入电流 (图1) 时, 判断线圈如何运动。
根据等效模型思想, 把圆圈电流看成扁形磁铁, 由安培定则得知扁磁铁右端为N极, 左端为S极, 故可判断线圈向左运动 (图1) 。
通过这一等效模型便可以使学生清楚地了解作用过程, 开拓学生的思路, 提高其解决实际问题的能力。再如在“动量守恒定律”的教学中, 应当强调这是自然界最普遍的规律, 它成立的条件是研究对象 (系统) 所受的合外力必须为零。然而在应用中, 只要合外力远小于内力时, 就可做近似处理, 把合外力忽略, 这就是忽略次要因素, 抓住主要因素这一模型思想的应用。
二、运用物理模型定义新的物理量
许多物理概念用定量的方法来描述客观事物的本质属性, 如速度、加速度、电场强度、电阻、电压等, 这类物理概念称为物理量。在中学物理教材中, 很多物理量则是通过引入物理模型而定义的。例如电场强度E的定义, 则是先引入了试探电荷这一模型 (这一模型要求试探电荷①尺寸足够小, 能够用于检测空间点的性质; ②电量足够小, 保证其引入不影响原电场的性质) , 然后通过测量试探电荷在不同场点的受力情况, 根据F/q在同一场点不变的特点, 引入了空间点函数E, 用于描述电场的大小及方向。同理在定义磁感应强度B时, 也是借助于运动的点电荷。再如在热学中, 引入了完全弹性的刚性小球模型, 进而定义了理想气体是不考虑分子势能, 即分子间无相互作用的气体。利用物理模型来研究物理规律, 不仅是一种研究方法, 而且能提高学生解决问题的能力, 在教学中将这种思想潜移默化地教给学生会得到事半功倍的效果。
三、运用物理模型促进学生对知识的理解
很多中学生反映中学物理难学, 其原因无非有二:其一, 随着高考命题趋向的改变, 命题朝着注重应用性的转变, 这使得很多学生难以在复杂的情境中把握主要因素, 选择恰当的物理模型进行求解;其次, 由于学生难以把握物理模型的使用条件和物理实在, 只是肤浅的认知了模型, 缺乏深入的思考分析。在物理教学中, 若能将物理模型“活教活用”, 则可以培养学生的建模能力, 解决应用性问题。以“抛体运动”的教学为例, 通过建立直角坐标系, 引导学生把抛体的速度分解为正交的两个方向, 然后分析两个分量方向的受力情况, 引导学生认识到水平方向是匀速直线运动, 竖直方向抛体参与匀变速直线运动, 此两种模型运动的合成便是抛体运动。这种思路使得学生深刻地理解了运动合成的性质, 有种豁然开朗的感觉。
四、运用物理模型提高解决问题的能力
“学贵于用”是学生学习的目标, 也只有在应用中才能评估学生对知识的掌握程度, 发现学习中的不足, 考察学生举一反三的能力。如果能够灵活运用物理模型, 则解决问题便可得心应手, 迅速找到解题的突破点。以下通过具体例题, 凸显物理模型在解题中的“奇妙效果”。
例题:问题如图2所示:物体A、B之间夹着一根压缩的轻弹簧, 放在光滑水平面上的小车内, 两物块质量mA > mB, 与车厢的动摩擦因数相等, 释放弹簧, 物块在很短时间内与弹簧分离, 分别向左向右运动, 弹簧垂直掉落不动, 两物块相对小车静止时都未与车壁相碰, 问两物块是否同时静止?小车最终相对地面朝哪个方向运动?
解析:这是“人船模型”的应用。小车, 木块和弹簧系统动量守恒, 初状态静止质心应不动。弹簧释放, 若车不动, 两物块分别向左右运动, A停止B还在向右运动, 物块质心向右运动, 为保证系统质心不动, 小车就必须向左移动。
物质是不断地发展和变化的, 因而物理学的理论体系也是绝对和相对的辩证统一, 体现在任何的物理概念和物理规律都有一定的使用条件和使用范围, 并不存在绝对的永恒的定律。物理模型作为对客观实际的抽象和近似, 也有其适用条件。在使用物理模型时, 首先要明确物理模型的研究主题, 选择满足条件的物理模型, 再有就是要学会辩证思维方法, 知道物理模型是发展变化的。
摘要：在物理理论研究与教学中为了揭示事物的物理本质, 探索物质运动的基本规律, 需要对客观物质进行加工, 剔除其非本质因素, 把握本质实在;忽略事物的次要矛盾, 考虑其主要矛盾;忽略个性差异, 考虑共性相似, 从而进行高度的抽象与概括。经过此思维过程所形成的抽象概念或实物体系即物理模型, 它是抽象性与形象性、科学性与假设性的辩证统一。
关键词：中学物理,物理模型
参考文献
[1]阎金铎.九年义务教育初级中学物理教学大纲审查说明[J].学科教育, 1992 (4) :27-29.
[2]邢红军.物理教学心理学[M].成都:成都科技大学出版社, 1994.
[3]王溢然.模型[M].郑州:大象出版社, 1999.
[4]田世昆, 胡卫平.物理思维论[M].南宁:广西教育出版社, 1996.
高考物理答题技巧及解题模型 篇2
电磁感应是高考考查的重点和热点，命题频率较高的知识点有：感应电流的产生条件、方向的判定和感应电动势的计算；电磁感应现象与磁场、电路、力学、能量等知识相联系的综合题及感应电流（或感应电动势）的图象问题．从计算题型看，主要考查电磁感应现象与直流电路、磁场、力学、能量转化相联系的综合问题，主要以大型计算题的形式考查。
答题技巧
在分析过程中，要注意通电导体在磁场中将受到安培力分析；电磁感应问题往往与力学问题联系在一起。
解决问题的基本思路：
① 用法拉第电磁感应定律及楞次定律求感应电动势的大小及方向；
②求电路中的电流；
③ 分析导体的受力情况；
④ 根据平衡条件或者牛顿第二运动定律列方程。
解题过程中要紧紧地抓住能的转化与守恒分析问题．电磁感应现象中出现的电能，一定是由其他形式的 能转化而来，具体问题中会涉及多种形式的能之间的转化，机械能和电能的相互转化、内能和电能的相互转化．
分析时，应当牢牢抓住能量守恒这一基本规律，明确有哪些力做功，就可知道有哪些形式的能量参与了相互转化，如摩擦力在相对位移上做功，必然有内能出现；重力做功，必然有重力势能参与转化；安培力做负功就会有其他形式能转化为电能，安培力做正功必有电能转化为其他形式的能；然后利用能量守恒列出方程求解。
力电综合型
力学中的静力学、动力学、功和能等部分，与电学中的场和路有机结合，出现了涉及力学、电学知识的综合问题，主要表现为：带电体在场中的运动或静止，通电导体在磁场中的运动或静止；交、直流电路中平行板电容器形成的电场中带电体的运动或静止；电磁感应提供电动势的闭合电路等问题。这四类又可结合并衍生出多种多样的表现形式。
从历届高考中，力电综合型有如下特点：
① 力、电综合命题多以带电粒子在复合场中的运动．电磁感应中导体棒动态分析，电磁感应中能量转化等为载体，考查学生理解、推理、综合分析及运用数学知识解决物理问题的能力。
② 力、电综合问题思路隐蔽，过程复杂，情景多变，在能力立意下，惯于推陈出新、情景重组，设问 巧妙变换，具有重复考查的特点。
答题技巧
解决力电综合问题，要注重掌握好两种基本的分析思路：一是按时间先后顺序发生的综合题，可划分为几个简单的阶段，逐一分析清楚每个阶段相关物理量的关系规律，弄清前一阶段与下一阶段的联系，从而建立方程求解的“分段法”，一是在同一时间内发生几种相互关联的物理现象，须分解为几种简单的现象，对每一种现象利用相应的概念和规律建立方程求解的“分解法”。
研究某一物体所受到力的瞬时作用力与物体运动状态的关系（或加速度）时，一般用牛顿运动定律解决；涉及做功和位移时优先考虑动能定理；对象为一系统，且它们之间有相互作用时，优先考虑能的转化与守恒定律。
信息处理型
信息处理型试题是指试题提供一些有关信息，然后要求考生根据所学知识，将有用的信息收集起来，经过处理后运用已经的知识、方法和手段解决新问题。
这类题型主要涉及到知识理解、过程分析、模型转换、方法处理、等。信息提供的方式主要有文字信息和图表信息。文字信息往往是文字阅读量比较大，要求考生从文字信息中找到有用的信息来进行处理；图片信息包括结构图和函数关系图像等。
答题技巧
这种题型的处理思路和步骤为：
① 领会问题的情境，在所给的信息中获取有用的信息，构造相应的物理模型；
② 合理选择研究对象；分析研究对象受力情况、状态、能量等信息；
③ 运用试题所给规律、方法或自己已经掌握物理规律和方法求解。
提高做题速度的训练方法
答题速度也是高考拿高分的又一既能，如果答题效率低，在有限时间内没有全部做完，成绩可想而知，下面给大家整理了提高做题速度的训练方法，希望在平时的做题中有针对性的训练，提高做题速度，让我们一起学习，一起进步吧！
1、做题训练
大家都知道利用做题来提高做题速度，但是却没有好好的规划。到了这个阶段，做难题意义已经不大。应该配合这阶段的冲刺，同时训练做题速度。
这里我建议同学们无论是出于冲刺角度还是做题速度训练角度，都用简单题和中等题来训练。并且顺序是从选择题开始，然后是简单、中等的解答题，而后是填空题，最后有时间了才去练习练习所谓的“最后一题”。
在选择题训练上，减少死记硬算，多加入思考的比重。处理选择题上，思维和技巧摆在第一位。要充分利用题目和选项之间的暗示，多比较少计算，多动脑少“动手”。如特殊值的代入、选项的代入，多用直接法(直接理解)、排除法(选项逆推)等，少从头到尾死算。选择题是只考虑结果而不考虑中间过程的题型，要始终本着“少算少错，多算多错”的道理，加大理解分析判断等比例做题，这样不仅可以提高选择题的准确率，也能大量缩短考试时间，即达到短期内提升成绩的目的，也达到提高做题速度的目的。
然后是中等题和简单题，我们要总结做题过程的思维和解答步骤，你会发现即使是不同的题型，在解题思路上有太多的相似点。把这些相似点总结出来，你会发现可以应用到各个题型。如理综的物理，几乎都是按照题目表述的步骤罗列表达式，然后联立求解即可得出结论。如数学除了排列组合，其他题只要你能正确的用式子或未知数表达出题意，通过补充题目和所求差距，或寻找问题成立的前提条件(正向推导和逆向推导)，都能够把试题拿下。
2、做题训练注意的几个问题
量大且持续时间长
这里说的不是总量，而是每一次训练的时候题量必须要够，连续做题的时间要长，而不能浅尝辄止。在训练及选题的过程中，最好要同科同类。
掐时间
每一道题或每一套题都掐好时间，前面刚开始做题的时候可以放慢一些，多训练解题思维。当你总结完解题思维后，要尽量缩短做题时间。然后通过做模拟卷的时候，至少缩短规定时间的10——30%左右(最后一道大题若不会做可留下相应时间)。当你能够稳固在这个时间段答题的时候，基本上就没有太多问题了。
3、能力的训练方法
这里针对计算、写字慢、阅读有问题的同学。计算能力不足是由于逻辑推导能力不足所导致的，这一点在短时间内只能通过大量的计算推导来提高。在训练的时候同样多思考式子之间的转换与关联，多观察同样、不同的字母之间所代表的含义以及转换关系。至于写字速度慢，先弄清楚自己为什么写的慢，然后逐步加快即可。阅读慢或者记不住的同学，平时多朗诵，多读适中篇幅的一些文章或题目，逐渐加长即可。
4、性格
平时训练时一个字一个字的念题目(或默读)，在做题的时候强迫自己规范好草稿。不要东一块、西一块的乱写，把草稿当作作业来写。如果好动的同学平时做题的时候可以强迫自己不断继续坚持做下去，短期内养成“稳当”的特点即可。
5、通过做题来养成正确的考试习惯
刚开始训练时，做题时要讲究一看二想三动四回顾。先看清题意，再思考题干和题肢之间的关联，然后才动手，最后总结。当你习惯了这些步骤后，就能快速答题了。切忌没有形成相对固定的解题思维之前，一拿到题就闷头做。当你掌握一定的思维和技巧，总结出相对固定的解题思维时，才能一拿到题，就开始动手。
解答高考物理题的正确步骤
第一步：看懂题。所谓看懂题是指该题中所叙述的现象是否明白?不可能都不明白，不懂之处是哪？哪个关键之处不懂？这就要集中思考“难点”，注意挖掘“隐含条件。”要养成这样一个习惯：不懂题，就不要动手解题。
若习题涉及的现象复杂，对象很多，须用的规律较多，关系复杂且隐蔽，这时就应当将习题“化整为零”，将习题化成几个过程，就每一过程进行分析。
第二步：在看懂题的基础上，就每一过程写出该过程应遵循的规律，而后对各个过程组成的方程组求解。
高考物理中的模型 篇3
【关键词】匀强电场 圆周运动 等效 模型
【中图分类号】G 【文献标识码】A
【文章编号】0450-9889（2016）06B-0151-02
高三复习的后阶段，在基础知识的认知基本到位的前提下，教师大都进行一些专题性质的复习，使学生加深对双基知识的理解，并提高学生综合、分析的能力。然而如何进行专题复习才能使学生真正有较大的提高呢？笔者认为，采用归类对比，建立物理模型的教学方法，可以使复习达到事半功倍的效果。笔者的这一体会来源于前不久复习中遇见的一道题目：
如图所示，在方向竖直向下的匀强电场中，用绝缘细线栓着一个带负电的小球（视为质点），小球在竖直平面内绕O点做圆周运动，则下列判断正确的是（ ）
A.小球运动到最低点时，细线的拉力一定最大
B.小球运动到最低点时，小球的速度一定最大
C.小球运动到最高点时，小球的动能一定最大
D.小球运动到最高点时，小球的机械能一定最大
对于这道题目，笔者发现很多同学（包括基础较好的同学）不能作出肯定的判断甚至没有思路。而这个运动的模型在物理中应该算是比较常见的，问题也是一般的问题，同学们为什么没能正确地作出判断呢？经过与部分同学交流，笔者发现，他们只是知道小球在做圆周运动，但当小球在只受重力和受重力与电场力共同作用时，这种竖直面内的圆周运动究竟有什么共性？很多同学根本找不到解决问题的思考，也没有对此情况进行过总结，因此当遇见此类问题时头脑是混乱的。为了解决上述例题，同时，也为使同学们能对绳拉小球在竖直面内的有关运动和相应问题的解决方法有系统的认识，笔者设计了不同的问题，通过启发、引导、讨论的方式进行了如下由浅入深的教学。
〖例1〗如图所示，一根绝缘细线（长为L）栓着一个质量为m小球（可看作质点）在竖直平面内运动，忽略空气阻力，问：
（1）若将小球拉到P点并由静止释放，小球将做什么运动？（单摆、圆周运动）小球能向左运动至何处？（关于OC与P点对称的点，判断依据：机械能守恒）何处速度最大？（C点）最大速度是多少？如何求解？[动能定理或机械能守恒：]何处拉力最大？最大拉力多大？（C点，由牛顿第二定律：）。
（2）若将小球拉到A点由静止释放，小球能摆到何处？（B点）何处速度最大？何处拉力最大？（仍为C点，求解方法相同）
在教学中发现，对上述问题，绝大多数同学都能很容易得出正确的结果。此时可以进一步提出中心问题：这个速度最大、拉力最大的C点有什么特点呢？（通过引导讨论得出结论：C点是运动的“最低点”，即单摆的平衡位置，也就是小球自由静止的位置）
此时可以把下一个问题抛出：
（3）若让小球在竖直平面内做完整的圆周运动，小球又在何处出现速度、拉力的最大值？（仍为C点且机械能仍守恒）何处出现速度、拉力最小值？（与C点对称的最高点D点）讲解该问题时要注意进一步强化最低点的特征以及单摆和圆周运动的联系与区别。
接着还可以把问题进一步深化：
（4）如果将小球拉到Q点由静止释放，小球做什么运动？（先自由下落到关于OA与Q对称的点，细线被拉直然后绕O点摆动。此处注意强调：线突然被拉直瞬间小球机械能有损失，因此必须分步运算。线被拉直前的自由落体和拉直后的摆动小球的机械能都守恒，避免全程用动能定理或机械能守恒求最低点的速度）
〖例2〗在例1的基础上，使系统处于一个竖直向下的匀强电场中，并使小球带上正电。
引导学生分析上述同样问题，发现运动的特点、速度、拉力的特点均与例1相同，只需将（qE+mg）看作等效重力 mg′即可，同时强调由于有电场力做功，小球的机械能不再守恒，应用动能定理求解。
〖例3〗在例2的基础上，仅将匀强电场的方向改为水平向右。
（1）若将小球拉至A点由静止释放，运动到何处？
引导学生利用能量守恒分析得出：小球向左运动的最高点应在B点之下，进一步分析还发现该最高点与A点关于小球平衡位置（即小球自由静止的位置）对称，并引导学生由此继续深入分析得到小球速度、拉力的最大值刚好出现在该平衡位置（而不是平常生活中的“最低点”）。为了使学生走出平时认知上的错误而又方便记忆，此时教师便可以给同学引出“等效最低点”的概念。
从而顺理成章的引出第二个问题：
（2）若小球在该竖直面内做圆周运动，运动的最大与最小速度以及拉力的最大与最小值如何？
由于有前面知识的准备，学生这时普遍能正确得出：“等效最低点”小球速度最大，线拉力最大和“等效最高点”（与等效最低点对称的点）小球速度最小，线拉力最小的结论。
（3）若将小球分别从Q点和F点由静止释放，小球的运动情况是否相同？
对于这个问题，同学们这时也能用类比的方法很快分析得出其中一种可能的解答为：当小球从 Q 点释放时，小球直接以“等效最低点”为平衡位置振动；而当小球从F点释放时，小球先沿重力与电场力的合力方向做匀加速直线运动，直到细线被拉直然后才做摆动，当然这过程的处理方法也与例1第（4）问相同。
此时，还可以把例3的条件再进行变化，提出问题让同学们进行思考，比如：在例3中，如果小球带负电或将电场反向，结果又将如何呢？（讨论略）
通过前面三个例题，师生可以共同总结得出结论：对于轻绳拉着小球在竖直平面内做圆周运动的模型，小球位于“等效最低点”（即小球能自由静止的位置）时速度最大，细线拉力最大；而当小球运动到“等效最高点”时速度最小，线的拉力最小。而对于这种类型的问题，一般是用动能定理或能量守恒求出小球的速度，而通过牛顿第二定律求出最低点或最高点细线的拉力。（当然要特别注意是否有机械能损失的情况出现）
通过对这几道例题的分析讨论后，笔者留两分钟让同学们再次做开篇列出的选择题，这时发现绝大多数的同学都能得到正确的答案D（分析讨论略）。
问题讨论到这里，应该说学生对这个问题都有了系统的认识，为了学生能有更深的印象，同时也为了检验学生是否能灵活运用学过的知识，总结的规律，笔者又布置了一道课后练习：
如图所示，空间存在着范围足够大、场强E=2.5×102 N/C，方向竖直向上的匀强电场，电场内，一长L=0.5 m的绝缘细线一端固定于O点，另一端栓着m=0.5kg，电荷量q=4×10-2 C的小球。现将细线拉直到水平位置，使小球由静止释放，当小球运动到最高点时细线受到的拉力恰好达到它能承受的最大值而断裂，取g=10 m/s2。求：
（1）小球的电性。（正电）
（2）细线能承受的最大拉力T。（T=15 N）
（3）当小球继续运动后与O点在水平方向上相距L时，小球距O点的高度。（h=0.625 m）
实践告诉我们，在高三学年，多数学生比高一、高二时有了更强的理解能力，有了更强的综合分析能力的优势，同时对整个高中物理各部分知识之间的联系、区别也有了整体性的认识。在后期的专题复习中，教师如果能够将一些抽象的、凌乱的物理题型进行归纳总结，在教学中多设一些台阶，使问题由浅到深、由熟悉到陌生一步一步地引导学生，通过思考、讨论得出规律，帮助学生建立物理模型，利用物理模型教学更容易让学生对相关联的题型举一反三，触类旁通，以达到多题归一的复习效果。这样复习，既符合学生的认知习惯使学生比较容易接受、理解，又能帮助学生将各部分有关联的知识归类并使它们更加系统化。学生一旦领悟掌握了方法，就如虎添翼，往往能发挥出比老师更强、更敏捷的思维能力，从而使复习的效果有质的提高。
高考物理中的模型 篇4
在物理教学中的教学方法很多, 而物理模型教学法可以说是其中很重要的一种方法。纵观物理学的发展史, 模型方法在物理学的产生发展过程中发挥了重大的作用。物理学的发展史可以说是一个建立物理模型和用新的物理模型代替旧的物理模型的过程。物理学中的概念、规律和公式等几乎都是借助于物理模型进行抽象概括而来的。可以说, 不了解和不掌握物理模型的方法, 就学不好物理。
建立正确鲜明的物理模型本身就是重要的物理内容之一, 它与相应的物理概念、规律现象相依托, 它是物理教学的重要方法和有力的手段之一。同时了解物理模型的迁移和转化, 对于物理逻辑的培养和学习能力的提高具有深远的影响, 所以我们应充分重视物理教学中的物理模型教学法的作用。
下面, 我们就针对在高中物理教学过程中出现的模型问题从三个方面进行讨论。
一、利用物理模型强化对物理知识的理解
在高中物理的学习中有很多容易混淆的概念和规律, 我们如何区分这些知识对与我们理解和运用物理规律解决实际问题就有重要的指导作用。这里就针对力学的中的几种容易混淆的概念模型进行比较。
摇摇学生通过比较, 可以很清晰地区分这些相接近的概念间的差异, 在解决问题中有了明确的方向, 提高了学习效率。
二、利用典型物理模型促进物理知识的学习
在高中物理学习中, 单摆是一个非常典型的物理模型。学习、理解、运用单摆这一模型对于我们学习简谐振动有很重要的意义。现在, 我们就来具体讨论这个问题。
1. 典型物理模型的学习
在教学中设计对比实验, 观察并分析实验现象, 逐步建立模型。
先让学生观察下列对比实验:
(1) 两个质量不同, 但摆长振幅相同的单摆振动。
(2) 两个摆长相同, 但振幅不同 (摆角都小于5度) 的单摆的振动。
(3) 两个摆长不同的单摆的振动。
通过这一组演示实验激发学生学习探究兴趣, 形成对单摆这一理想模型的初步认识。进而展开对物理现象的分析:
(1) 实验器材:轻质绳 (不可伸长) 、小重球 (密度大) ;
(2) 实验的条件:小摆角 (小于5度) ;
(3) 实验的结论:等时性 (来回摆一次时间相等) 。
深入分析 (运用抽象、近似等方法) 可以得出单摆周期。经过分析使单摆模型的物理表面与本质特征统一起来。
2. 典型物理模型的迁移
在物理学习中, 不仅要学习一些典型的物理模型, 而且要巩固发展物理模型, 将其放在一个更复杂的新环境中去加以应用, 促进物理学习能力的提升。举例说明:
竖直平面内有一半径为R的光滑圆弧轨道, a、b两小球分别置于轨道圆心O点和离轨道底A点很近的B点处, 如图1所示, 将它们同时由静止释放, 忽略空气阻力, 问谁先到达A点? (此题求解的关键是对两小球建立物理模型。)
分析如下:
首先, “小球”是一模糊语言, 但从题目分析来看, 可将球a、b大小忽略, 抽象为质点模型。
其次, 由“静止释放”、“忽略空气阻力”、“A点很近的b点处”、“光滑轨道”等描述。可将a球运动转化为自由落体运动模型, 而b球的运动转化为单摆模型 (联想到光滑轨道对小球b支持力N相当于单摆运动过程中摆线对摆球的拉力) 如图2所示。
最后, 对两小球分别运用自由落体运动规律和简谐运动规律进行求解。
对典型物理模型的学习和迁移可以使我们在解决问题时能够迅速抓住问题的核心, 对于我们学习物理有很大的帮助。
三、利用重要物理模型提高物理知识的学习能力
在高中物理学习的过程中, 有许多重要的物理模型是我们在学习物理知识的过程中应及时总结并加以应用, 这就要求我们在教学过程中有意识地对重要模型加以分析和归纳。
下面我们来讨论在高中阶段对学生解决问题有重要帮助作用的柱体微元模型。学生从单个质点牛顿力学的学习, 到连续介质 (流体、电荷等) 问题的求解过程中, 研究的对象从一个质点跃迁到无数质点组成的连续介质, 也要求学生解决问题时的思维上升一个台阶, 通过运用微元柱体这一物理模型可以突破这类学生感到困难的问题。
1. 质量柱体微元模型
对于速度为v定向流动的密度为ρ的连续流体, 可在v方向选取一横截面积为S的柱体微元, 则在Δt时间内通过S截面的流体质量即为以vΔt为高、以S为底的柱体微元的质量, 如图3所示。柱体微元质量表达式为:Δm=ρSvΔt。
举例说明:
人的心脏每跳一次大约输送8×10-3m3的血液, 正常人血压 (可看作心脏压送血液的压强) 的平均值约为1.5×104Pa, 心跳约每分钟70次。据此估测心脏的平均功率约为多少瓦?
分析如下:
对该问题的解决不能只停留在原有的情景上, 而应将问题转换成我们熟悉的问题来解决, 即通过认真读题后, 把实际问题加工改造成相关的物理模型来处理。如图3所示, 将心脏每跳动一次输送的那部分血液视为一长为L, 横截面积为S的液柱。血液柱受到心脏的推力为F, 每次心脏推动液柱前进的位移为L。由压强公式P=FS可知, 心脏每跳动一次, 推动血液做的功为:W=FL=PSL=PV其中V为心脏跳动一次输送血液的体积。因心脏每分钟跳动n=70次, 故心脏的平均功率应为:P=n W/t=70W/t=1.4W。
2. 电荷柱体微元模型
类似于质量柱体微元的建立, 对于速度v定向连续移动的电荷 (导体中传导电流或真空中电流) , 也可以在v方向选取一横截面积为S的柱体微元, 则Δt时间内通过S截面的电量即为以vΔt为高、S为底面积的柱体微元中的电荷的电量。柱体微元电荷表达式为:
ΔQ=NeSvΔt。其中N为单位体积中的自由电子数, e为电子电量。
举例说明:
设导线横截面积为S, 其中单位体积内的自由电子数为N。在电压作用下, 自由电子定向移动速度为v。试求导线中的电流强度。
分析如下:
在Δt时间内取一段长vΔt的导线为研究对象, 则在Δt时间内流过S截面的电为ΔQ=NeSvΔt由电流强度定义I=ΔQ/Δt及上式得:I=NeSv, 此式即为电流强度的微观表式。
对于重要的物理模型, 我们在教学过程中要让学生理解透彻, 同时逐渐学会将实际问题转化为物理模型的本领, 从而提高学习能力。
在高中物理教学中运用物理模型教学法, 对于学生学习物理知识具有很大的指导作用, 具体体现在以下几个方面。
(1) 有利于学生形成清晰的物理概念。物理概念是反映物理现象和过程的本质属性的思维形式, 是物理事实的抽象, 这不仅是物理基础理论知识的一个重要组成部分, 而且是构成物理规律和公式的理论基础, 物理概念中有相当一部分是以模型的形式出现 (概念模型) 。它们是物理现象和事实抽象出来的, 用来表征物质属性和描述物质运动状态的。学生对物理模型这个科学方法的精髓是否领会, 直接影响他对有关概念的理解、掌握和运用, 影响对物理知识整个大厦的构建, 因为概念是构建这个大厦的基石。
(2) 有利学生对物理规律的正确理解。物理规律是物理知识的骨架, 是物理学的核心的内容。物理学中所总结出的反映运动变化的规律实质上就是物理模型的运动变化规律, 从研究的主体对象到研究的过程无不体现模型观点和方法。物理规律的教学过程实质上是帮助学生学习物理模型, 运用物理模型, 有助于学生对物理规律的深刻理解, 有利于学生对物理意义领会, 准确把握物理规律的成立条件和适用范围。
(3) 有利于学生解决实际问题。每一个具体的物理问题所描述的物理现象或过程都对应着一定的物理模型, 要解决问题必须要对对象进行抽象简化和近似处理, 以建立起一个合适的物理模型, 若模型建立起来了, 就等于已经揭开了掩盖着物理现象和过程本质的面纱, 必要时再用等效、类比等方法将问题进行异形处理 (异化构建模型) , 问题就迎刃而解了。
高考物理中的模型 篇5
［模型概述］在应用动量守恒、机械能守恒、功能关系和能量转化等规律考查学生的综合应用能力时，常有一类模型，就是有弹簧参与，因弹力做功的过程中弹力是个变力，并与动量、能量联系，所以分析解决这类问题时，要细致分析弹簧的动态过程，利用动能定理和功能关系等知识解题。［模型讲解］
一、光滑水平面上的碰撞问题 例1.在光滑水平地面上有两个相同的弹性小球A、B，质量都为m，现B球静止，A球向B球运动，发生正碰。已知碰撞过程中总机械能守恒，两球压缩最紧时的弹性势能为EP，则碰前A球的速度等于（）
A.B.C.D.解析：设碰前A球的速度为v0，两球压缩最紧时的速度为v，根据动量守恒定律得出
，联立解得，所以正，由能量守恒定律得确选项为C。
二、光滑水平面上有阻挡板参与的碰撞问题
例2.在原子核物理中，研究核子与核子关联的最有效途径是“双电荷交换反应”。这类反应的前半部分过程和下述力学模型类似，两个小球A和B用轻质弹簧相连，在光滑的水平直轨道上处于静止状态，在它们左边有一垂直于轨道的固定挡板P，右边有一小球C沿轨道以速度v0射向B球，如图1所示，C与B发生碰撞并立即结成一个整体D，在它们继续向左运动的过程中，当弹簧长度变到最短时，长度突然被锁定，不再改变，然后，A球与挡板P发生碰撞，碰后A、D都静止不动，A与P接触而不粘连，过一段时间，突然解除锁定（锁定及解除锁定均无机械能损失），已知A、B、C三球的质量均为m。
图1（1）求弹簧长度刚被锁定后A球的速度。
（2）求在A球离开挡板P之后的运动过程中，弹簧的最大弹性势能。解析：（1）设C球与B球粘结成D时，D的速度为v1，由动量守恒得
当，由以
弹簧压至最短时，D与A的速度相等，设此速度为v2，由动量守恒得上两式求得A的速度。
（2）设弹簧长度被锁定后，贮存在弹簧中的势能为EP，由能量守恒，有 撞击P后，A与D的动能都为零，解除锁定后，当弹簧刚恢复到
自然长度时，势能全部转弯成D的动能，设D的速度为v3，则有
以后弹簧伸长，A球离开挡板P，并获得速度，当A、D的速度相等时，弹簧伸至最长，设 此时的速度为v4，由动量守恒得
当弹簧伸到最长时，其势能最大，设此势能为EP”，由能量守恒，有 解以上各式得。
说明：对弹簧模型来说“系统具有共同速度之时，恰为系统弹性势能最多”。
三、粗糙水平面上有阻挡板参与的碰撞问题
例3.图2中，轻弹簧的一端固定，另一端与滑块B相连，B静止在水平直导轨上，弹簧处在原长状态。另一质量与B相同滑块A，从导轨上的P点以某一初速度向B滑行，当A滑过距离l1时，与B相碰，碰撞时间极短，碰后A、B紧贴在一起运动，但互不粘连。已知最后A恰好返回出发点P并停止，滑块A和B与导轨的滑动摩擦因数都为弹簧最大形变量为l2，重力加速度为g，求A从P出发时的初速度v0。，运动过程中
图2 解析：令A、B质量皆为m，A刚接触B时速度为v1（碰前）
由功能关系，有
A、B碰撞过程中动量守恒，令碰后A、B共同运动的速度为v2 有
碰后A、B先一起向左运动，接着A、B一起被弹回，在弹簧恢复到原长时，设A、B的共同速度为v3，在这一过程中，弹簧势能始末状态都为零，利用功能关系，有
此后A、B开始分离，A单独向右滑到P点停下，由功能关系有
由以上各式，解得
四、结论开放性问题
例4.用轻弹簧相连的质量均为2kg的A、B两物块都以 的速度在光滑的水平地面上运动，弹簧处于原长，质量为4kg的物体C静止在前方，如图3所示，B与C碰撞后二者粘在一起运动。求：在以后的运动中，图3（1）当弹簧的弹性势能最大时物体A的速度多大？（2）弹性势能的最大值是多大？（3）A的速度有可能向左吗？为什么？
解析：（1）当A、B、C三者的速度相等时弹簧的弹性势能最大，由于A、B、C三者组成的系统动量守恒，有
解得：（2）B、C碰撞时B、C组成的系统动量守恒，设碰后瞬间B、C两者速度为，则
设物块A速度为vA时弹簧的弹性势能最大为EP，根据能量守恒
（3）由系统动量守恒得，则 设A的速度方向向左，则作用后A、B、C动能之和
实际上系统的机械能
根据能量守恒定律，是不可能的。故A不可能向左运动。
［模型要点］
系统动量守恒，如果弹簧被作为系统内的一个物体时，弹簧的弹力对系统内物体做，动能与势能相互转化。
不做功都不影响系统的机械能。能量守恒弹簧两端均有物体：弹簧伸长到最长或压缩到最短时，相关联物体的速度一定相等，弹簧具有最大的弹性势能。
当弹簧恢复原长时，相互关联物体的速度相差最大，弹簧对关联物体的作用力为零。若物体再受阻力时，弹力与阻力相等时，物体速度最大。［模型演练］
（2006年江苏省前黄高级中学检测题）如图4所示，在光滑水平长直轨道上，A、B两小球之间有一处于原长的轻质弹簧，弹簧右端与B球连接，左端与A球接触但不粘连，已知，开始时A、B均静止。在A球的左边有一质量为的小球C以初 速度向右运动，与A球碰撞后粘连在一起，成为一个复合球D，碰撞时间极短，接着逐渐压缩弹簧并使B球运动，经过一段时间后，D球与弹簧分离（弹簧始终处于弹性限度内）。
图4（1）上述过程中，弹簧的最大弹性势能是多少？（2）当弹簧恢复原长时B球速度是多大？
（3）若开始时在B球右侧某位置固定一块挡板（图中未画出），在D球与弹簧分离前使B球与挡板发生碰撞，并在碰后立即将挡板撤走，设B球与挡板碰撞时间极短，碰后B球速度大小不变，但方向相反，试求出此后弹簧的弹性势能最大值的范围。
答案：（1）设C与A相碰后速度为v1，三个球共同速度为v2时，弹簧的弹性势能最大，由动量守恒，能量守恒有：
（2）设弹簧恢复原长时，D球速度为，B球速度为
则有
（3）设B球与挡板相碰前瞬间D、B两球速度
与挡板碰后弹性势能最大，D、B两球速度相等，设为
当 时，最大
物理模型在高中物理中的构建与应用 篇6
关键词：物理模型；構建模型；模型及应用
物理模型是中学物理知识的载体，高中物理教材中大部分内容都是以物理模型为基础向学生阐述物理知识的。在高中物理教学中，对物理模型进行构建与运用，既是使学生获得物理知识的一种基本方法，也是培养学生创造思维能力的重要途径。在知识快速发展更新的时代，如何引导学生学会建立物理模型的方法来解决问题，以及运用模型再现解物理题，成为教师关注的重要课题。
一、构建物理模型
物理模型能直观形象地反映原型的主要特征，但是抓住影响原型的主要因素还要以科学知识和实验事实为依据。因此，物理模型的构建还要遵循一定的原则。以“带电粒子在带等量异号电荷的平行板间的运动”模型的构建为例，说明构建原则。
1.建立物理模型要分析研究对象原型特征，把握住研究对象的本质特征，做出正确的抽象。对带电粒子进行分析，从大小情况看，带电粒子体积小；从运动情况看，研究它在电场中的运动一般是指它的平动；从受力情况看，要受到重力和电场力。
2.建立物理模型要确定影响研究对象的主、次因素。抓住主要矛盾，突出研究对象的主要特点，忽略次要特点，从而易于认识客观事物的本质规律，最后解决实际问题。带电粒子的平动是主要因素，旋转是次要因素；带等量异号电荷的平行板一般相距较近，板间的电场可认为是匀强电场，就研究带电粒子在板间的运动而言，板的边沿效应是次要因素，板间的电场是主要因素；带电粒子本身虽受重力，但重力的大小和在平行板间受到的电场力大小比较可忽略不计，即此时带电粒子受到的重力是次要因素，电场力是主要因素。
3.建立物理模型要把握住研究对象的本质特征并做出合理抽象。由于自然界物质的复杂性和多样性，完全按照物理客体的本来面目进行研究，问题将变得很复杂，很难得出物理规律的定量描述和系统的物理理论，所以要抓住研究对象的本质特征进行合理抽象，建立能在一定程度上反映客体本质属性的物理模型，并逐步逼近以全面、真实地反映事物客体。
若将带电粒子视为质点，且满足重力远小于电场力的条件，则可认为它只受到恒定的电场力作用。因而，便可根据带电粒子的初速度方向和受力方向，确定带电粒子的运动。当带电粒子的初速度与电场力方向垂直时，粒子做类平抛运动。至此，带电粒子在平行带电板间的运动就可化为对质点做平抛运动进行研究。当带电粒子初速度为零时，它在电场力作用下做匀加速运动，其运动模型就化为了质点的匀加速直线运动模型。当带电粒子的初速度与电场力方向既不垂直，又不平行时，则需要将粒子速度沿场强方向和垂直场强方向分解后再去分析。
4.建立物理模型还要通过实验验证。物理模型是理想思维的产物，是根据理论工作的需要建立起来的，不能随心所欲地建立。正确的物理模型来源于对实验事实的综合分析，它的建立、修正和适用范围的确定应以实验为依据。实验可以激发学生的学习兴趣，形成对模型的初步认识。但有些实验，如带电粒子在带等量异号电荷的平行板间的运动的实验，对实验条件要求比较苛刻，就不要求学生亲自操作了。
5.对物理模型进行修正完善。作为对物理事物简化描述的物理模型，虽经实践检验有效，但对问题研究不一定就很完善，因此也就出现了对模型修正、完善的过程。如果带有等量异号电荷的平行板间的电场，在忽略板的边缘效应即边缘的非匀强电场时，还可讨论带电粒子在其中运动后从边缘飞出的情况；若重力不是远小于电场力，此时可以根据电场方向、初速度方向转化为质点运动的合成与分解模型，再对问题进行分析研究。
二、物理模型的应用
高中学生解决每一个物理问题的过程，实际上也是正确选用物理模型、应用物理模型的过程。正确识别、建立物理模型，熟练使用模型正是高中学生应该具备的基本物理素质，也是高考选拔具有深造潜能的学生的重要内容。因此，在平时的教学过程中，必须注意培养学生运用物理模型的能力，使学生掌握运用物理模型解决物理习题的方法。如采用类比轻弹簧这一模型解决分子间作用力，运用机械振动模型说明电磁振荡的现象等，诸如此类问题的解决都运用了物理模型。
引导学生构建并运用物理模型处理物理问题，并帮助学生归纳、总结，可使他们熟悉并掌握这种科学研究的思想方法，加深对物理概念和物理规律的理解，促进知识技能的迁移，同时，对开发学生智力，发展创造性思维，培养分析问题和解决问题的能力也起到不可低估的作用。
参考文献：
[1]张逢.浅谈中学物理教学中进行科学方法教育的途径[J].物理，2004，（6）：23-25．
[2]郑梅芳.物理模型在中学物理教学中的应用[J].物理通报，2001，（11）：17-18．
物理模型在教学中的作用 篇7
物理模型是指：物理学所分析的、研究的实际问题往往很复杂，为了便于着手分析与研究，物理学中常常采用“简化”的方法，对实际问题进行科学抽象的处理，保留主要因素，略去次要因素，得出一种能反映原物本质特性的理想物质 (过程) 或暇想结构，这种理想物质 (过程) 或假想结构称之为“物理模型”。
对高中学生一个问题的回答统计：
问题：当你听到“大象”这个词时，首先在头脑中出现的是(%%)。
A.汉语词汇：大象
B.英语词汇：elephant
C.大象的图像
回答者中近95%选择的是C.大象的图像。这虽然是对一个与物理无关问题的回答，但它激发我们这样一个启发和推断：物理知识是否是在我们头脑中是先成像再应用的?物理学习中的记忆与再现、判断与推理、应用与迁移是通过模型与图景这样一个媒介来完成的?
2002年教育部颁布的中学《物理教学大纲》明确指出：“在物理教学过程中，应该通过概念的形成、规律的得出，模型的建立、知识的应用及培养学生的分析、概括、抽象、推理、想象等思维能力。”因此物理模型在中学物理教学中的重要意义在于：学生通过对物理模型的认识，可以使抽象、复杂的物理问题形象化、具体化，便于学生对物理知识的学习。同时，物理模型的建立过程，使学生认识到处理问题时，要抓住事物的主要矛盾，从而树立起正确的辩证唯物主义的认识论。
物理模型教学的作用主要表现为以下几点。
1.课程改革的需要
课改的一对矛盾是丰富的教学内容与减少的教学时间的矛盾，新教材加强了点面结合，点上主干知识明确，基础知识基本规律一个都不少，面上增加了许多联系生产生活的实际问题和高新科技内容。一改旧教材高度抽象理想化的情景与问题，使物理知识更贴近实际，学生学习物理倍感亲切。同时丰富了课程形式，引入了研究性学习、探索性活动课等。如何让学生在较少的课时内掌握更丰富的物理知识，物理模型的教学不失为一种有效方法。抓物理模型的教学，将最基础最典型的物理知识、物理问题介绍给学生，并通过建立物理模型，将研究方法也展示给学生，引导学生思考、感悟以至升华。
2.高考改革的需要
高考改革总趋势是由知识立意转为能力立意，试题内容源于生产生活实际，许多试题的主干知识，就是最新的前沿科技成果，如诺贝尔奖，宇宙演化等。这些知识在题干中都以大量文字叙述，形成“信息给予题”这种新题型。这样的试题，本着高起点低落点，重能力淡知识，要求学生能从大量文字中，摄取有效信息，然后转换成物理模型，从而解决问题，建模能力得到空前的重视和展示。如果缺乏这种能力，面对这洋洋洒洒几百个字的题目，学生抓不住有效信息，建立不起恰当的模型，解题就无从谈起。
例(2009年普通高等学校招生全国统一考试.理科综合能力测试，第19题)：天文学家新发现了太阳系外的一颗行星。这颗行星的体积是地球的4.7倍，质量是地球的25倍，已知某一近地卫星绕地球运动的周期约为1.4小时，引力常量G=6.67×10-11N·m2/kg2，由此估算该行星的平均密度约为(%%)。
解析：本题考查天体运动的知识。根据题意简化为行星模型，由行星模型的动力学特征知道万有引力作向心力，由运动学特征知道它做匀速圆周运动，可以列出可求出地球的质量M;然后根据可得该行星的密度约为2.9×104kg/m3，答案D。
3.知识迁移创新学习的需要
物理模型来源于实践，形成理论，又反作用于实践，具有前瞻性。物理模型作为物理基本知识单元，是掌握基本物理知识的基础，也是组成综合问题的基础。创新学习，从某种意义上讲，就是要打破原有的知识结构，对原有知识进行重新组合。重组的过程就是知识迁移的过程，就是同化的过程。在学习过程中，我们要不断发现原有物理模型的缺陷，在同化原有知识结构的同时，打破这个平衡，使之顺应新模式，建立新的物理模型。
建构主义学习理论认为，知识不完全是通过教师传授获得的，而是学习者在一定的情境下通过意义建构的方式获得的;现代认知心理学认为，长时记忆中的信息不能提取或提取失败的原因是失去了有助于回忆的编码线索，或者在贮存时没有适当编码。物理模型教学正是应用这些原理，利用物理模型解决知识的建构和编码组织工作。注重模型建立的过程，强调模型的立体面，旨在提高学生的科学素质。
可见建立物理模型既是深入学习的基础，又是深入学习的条件。因此掌握好物理模型，培养建立物理模型的能力，就能学活知识。
参考文献
[1]钱学森.论科学技术[J].科学通讯, 1957.4.
[2]蔡祯荣, 陆瑞杰.物理模型与中学物理教学[J].物理教师, 1997.6, 3.
物理模型在教学中的运用 篇8
一、中学物理中常见的物理模型
1. 物理对象模型化。物理中的某些客观实体, 如质点、刚体、薄透镜、理想电流表、理想电压表等等。
2. 物体所处的条件模型化。
力学中的光滑面、热学中的绝热容器、电磁学中的匀强电场、匀强磁场等等, 都是把物体所处的条件理想化。
3. 物理状态和物理过程的模型化。
例如, 力学中的匀速直线运动;电学中的稳恒电流;热学中的等温变化、等容变化、等压变化等等都是物理过程和物理状态的模型化。
4. 理想化实验。
在实验的基础上, 抓住主要矛盾, 忽略次要矛盾, 根据逻辑推理法则, 对过程进一步分析、推理, 找出其规律。例如, 伽利略的理想实验为牛顿第一定律的产生奠定了坚实的实验基础。
5. 物理中的数学模型。
客观世界的一切规律原则上都可以在数学中找到它们的表现形式。在建造物理模型的同时, 也在不断地建造表现物理状态及物理过程规律的数学模型。
二、物理模型在教学中的作用
1. 建立和正确使用物理模型可以提高学生理解和接受新知识的能力。
例如, 在运动学中建立了“质点”模型, 学生对这一模型有了充分的认识和足够的理解, 为以后学习质点的运动, 以及电学中的“点电荷”模型, 光学中的“点光源”模型等奠定了良好的基础, 使学生学习这些新知识时容易理解和接受。
2. 建立和正确使用物理模型有利于学生将复杂问题简单
化、明了化, 使抽象的物理问题更直观、具体、形象、鲜明, 突出了事物间的主要矛盾。
3. 建立和正确使用物理模型对学生的思维发展、解题能力的提高起着重要的作用。
可以把复杂隐含的问题化繁为简、化难为易, 起到事半功倍的效果。
三、物理模型在教学中的应用
1. 建立模型概念, 理解概念实质。
物理模型大都是以理想化模型为对象建立起来的。建立概念模型实际上是撇开对当前考察影响很小的次要因素, 抓住主要因素, 认清事物的本质, 利用理想化的概念模型解决实际问题。如质点、点电荷等等。学生在理解这些概念时, 很难把握其实质, 而建立概念模型则是一种有效的思维方式。
2. 认清条件模型, 突出主要矛盾。
条件模型就是将已知的物理条件模型化, 舍去条件中的次要因素, 抓住条件中的主要因素, 为问题的讨论和求解起到搭桥铺路、化难为易的作用。
3. 构造过程模型, 建立物理图景。
过程模型就是将物理过程模型化, 将一些复杂的物理过程经过分解、简化、抽象为简单的、易于理解的物理过程。
4. 转换物理模型, 深入理解模型。
通过对理想化模型的研究, 可以完全避开各种因素的干扰, 在思维中直接与研究对象的本质接触, 能既快又准确地了解事物的性质和规律。
四、物理模型在教学中应用的意义
教师在物理教学中引导学生学会建立"物理模型"具有极为重要的意义:
1. 可以培养学生的创新意识。
物理模型的建立很具创新性, 教师应该把建立物理模型的这种创新的思路启发地诉之于学生, 这样对学生创新意识的培养才是有益的。
2. 可以培养正确的思维方法, 从而培养创新能力。
正确的思维方法是提高思维能力的基础, 良好的思维能力是创新能力的保证, 只有正确的思维才谈得上有良好的创新。一般情况下, 中学生只注意知识的学习, 并不关心自己的思维方法是否正确, 更不能自觉地纠正一些不正确的思维方法, 这就影响了思维发展。因此, 指导学生运用正确的思维方法是培养学生创新能力首要任务。
3. 中学物理教材中有许多物理知识比较抽象, 学生往往不易理解和接受, 并会因此而失去学习的信心。
但如果借助“物理模型”教学, 通过采用模型方法, 突出物理问题的主干, 疏通思路, 帮助学生建立起清晰的物理图像, 使物理问题化难为易, 化繁为筒, 这样不单起到降低教学难度增强学生学习的自信心的作用, 同时还潜意识地培养了学生的创新能力。
4. 在“物理模型”的建立和分析的教学过程中, 可以摸清学生各种错误的思维方法, 及时予以纠正。
物理模型在教学中的应用 篇9
物理学的研究对象遍及整个物质世界, 大至天体, 小至基本粒子, 广阔无边。物理学的目的就在于认识自然把握自然。但是自然界中任何事物与其他许多事物之间总是存在着千丝万缕的联系, 并处在不断变化之中。面对复杂多变的世界, 人们在着手研究时, 总是遵循一条重要的方法原则, 即从简到繁, 先易后难, 循序渐进, 逐次深入。根据这条原则, 人们在处理复杂的问题时, 总是试图把复杂的问题分解成若干个比较简单的问题逐个击破。
基于这样的一个思维过程, 人们就创建了“物理模型”。物理模型是一种理想化模型, 这就要求思维过程具有一定的抽象性。因此在物理教学中使学生正确建立和运用物理模型, 不仅有助于他们学习物理知识, 更有助于培养他们的抽象思维能力和创新能力。
2. 物理模型的概述
物理模型是指:人们为了研究物理问题的方便和探讨物体事物的本质而对研究对象所作的一种简化的描述或模拟。
(1) 物理模型的种类
(1) 实物物理模型
例如:人们对事务的认识过程, 总是从感性认识到理性认识。心理学研究表明, 人脑对事务的认识是从表象开始的。这就要求教师在教学中, 要尽量多地将实物、图片等展示给学生, 以形成表象基础。
(2) 理论物理模型
例如:过渡状态的势能面物理模型、近代粒子物理。
(3) 实体理想物理模型
例如:质点、系统、理想气体、点电荷、匀强磁场、匀强电场。
(4) 过程理想物理模型
例如:等温、等容、等压过程;匀速直线运动;抛体运动简谐运动恒定电流, 等等。
(2) 物理模型的特征
(1) 抽象性和形象性的统一
(2) 科学性和假定性的统一
3. 如何构建物理模型
构建模型是科学研究的基本方法之一, 模型在物理学中也得到了广泛应用。物理模型是物理学理论体系的基石, 物理模型的构建当然也是物理学研究的方法之一。只有了解如何构建物理模型才能把它更好地应用在教学中。
(1) 构建物理模型的思维方法
(1) 量纲分析法
(2) 抽象归纳法
(3) 类比法
(4) 理想化方法
(5) 构造法
(6) 等效代换法
(7) 微元法与迭代法
例如构造法:有些模型在实际中是根本不存在的, 但为了研究问题的方便, 我们往往形象地引入一虚拟的物质结构或过程。例如为了便于描述光的传播, 我们引入了光线;为了便于描述磁场的方向, 我们引入了磁感线。
类比法:人对客观世界的认识, 是由表及里、由个别一般的过程。我们在教学中建立物理模型, 必须符合这一规律。如, 在高中物理中, 学生对速度的改变△V、动量的改变△P等矢量的认识有一定困难。为了降低学生接受知识的难度, 我们先建立在同一直线上的矢量减法模型。如某物体原来的速度为V1, 后来的速度为V2, 则速度的改变△V=V2-V1, 我们可引导学生这样建立模型:将表示V1、V2的有向线段的始端共点, 则从V1的箭端指向V2的箭端的有向线段表示了△V (如图1、2所示) 再引导学生发现:当V1、V2不在一直线上时, 上述法则仍然成立 (如图3) 。这样, 就可以轻易地建立起矢量三角形模型。
构建物理模型的方法很多, 这里只列举两种, 无论哪种方法都可以帮助学生去体会及应用到具体教学中, 使复杂的问题简单化。
(2) 构建物理模型的实践方法
为了增强学生对知识的感性认识, 提高学生学习的兴趣, 构建好物理模型是非常重要的。这样能让学生感受到实在的物理知识, 产生一种物理就在身边的亲切感。在具体教学课堂中也可通过下述方法帮助学生建立物理模型。
(1) 通过实验建立
(2) 运用现实生活例子建立
(3) 通过课件模拟建立
物理学是一门实验科学, 观察和实验是研究物理学的根本方法。实验是连接认识的主体和客体的纽带。实验首先为物理概念和规律的建立奠定了表象基础, 在学生的脑海中形成了一个个具体形象的物理模型, 更为重要的是通过有目的的实验, 可以引导学生由抽象思维形成具有思维特征的物理模型。
有些物理概念和规律, 学生在生活中很少感知, 那么在主体和认识客体间就缺少必要的中介物。例如:在讲电和磁的关系时, 只有做好实验, 学生才能发现、理解电生磁、磁生电、磁场对电流有作用等物理现象, 形成清晰的物理模型。
学生头脑中有时积累了一些感性材料、生活经验, 但有些经验是模糊的, 动摇的, 甚至是错误的。这就要求教师在教学中进行生动演示, 突出主要部分, 使模糊的得以清晰, 对错误的加以改正。例如:学生根据自己的生活经验对运动和力有些模糊的认识。在教学中就要做好斜面小车实验, 分析实验, 推出牛顿第一定律, 在这个基础上才能更好理解运动和力的关系, 在头脑中形成关于运动和力的关系的正确模型。
当然, 建立物理模型的方法是很多的, 我们在教学过程中, 应根据知识特点和学生特点作出适当的选择。值得一提的是, 在教学过程中, 如果我们采用多媒体教学手段去建立物理模型, 将会使模型更形象化、生动化, 更能帮助学生加深理解, 从而更好地达到我们的教学目的。
4. 物理模型在教学中的应用
通过上述介绍了什么是物理模型, 如何构建物理模型等知识, 从而进一步对物理模型在教学中的应用作深入的探讨。
(1) 物理模型在物理概念教学中的应用
在物理学中, 有很多的概念都是以理想化模型为对象建立起来的。例如:质点、单摆、点电荷、理想气体, 等等。比如在“单摆”的教学中, 同学们都知道在生活中经常可以看到悬挂起来的物体在竖直平面内做摆动, 那么摆动属于一种什么运动呢?这就引入了实际摆的理想化物理模型———单摆。如果悬挂小球的细线的伸缩和质量可以忽略, 线长又比球的直径大的多, 这样的装置就叫做单摆。从而自然地引入了“单摆”的概念。
通过这个例子可以看出, 当学生很难把握一些物理概念时, 建立相应的概念模型是一种非常有效的思维形式, 这样能够使学生很容易并且充分地理解物理概念。
(2) 物理模型在物理规律教学中的应用
探索物理规律, 是以抽象思维结合的教学手段, 引导学生通过科学抽象和概括, 将具体的复杂的物理过程, 用简化的模型来代替, 突出主要矛盾, 简化问题, 从而便于研究物体的主要性质, 便于找出其中的主要规律。
如“牛顿第一定律”的发现, 在最早时人们普遍认为力是维持物体运动的原因, 用力推车子, 车子才前进, 停止用力, 车子就要停下来。然而, 一直到17世纪伽利略才根据实验推出:在水平面上运动的物体所以会停下来是因为受到摩擦阻力的缘故。设想没有摩擦, 一切物体具有某一速度, 物体将保持这个速度继续运动下去。伽利略的实验虽然是理想中的实验, 但它是建立在可靠的事实为基础, 经过抽象思维抓住主要因素, 忽略次要因素, 从而更深刻地揭示了自然规律。正是因为这样, 牛顿在伽利略等人的研究基础上根据自己的研究系统地总结了力学的知识, 提出了“牛顿第一定律”, 即一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态, 直到有外力迫使它改变这种状态为止。
在物理教学中, 很多的物理规律也是通过物理模型而总结概括的, 这样忽略了次要因素, 抓住主要因素, 通过科学抽象总结出物理规律。
(3) 物理模型在解决应用型物理问题中的应用
应用性物理问题是直接取材于生产、生活及大自然, 通过简单的加工而成的。与物理教材中常见的抽象问题相比有较大的区别。解决这类问题的关键就在于把生活中的原理正确地转换成物理模型。
例如:在“原子的核式结构”的教学中, 最早人们认为电子是原子的组成部分, 直到1911年物理学家卢瑟福和他的助手们进行了α粒子散射的实验。用α射线照射金箔, 由于金原子中的带电微粒对α粒子有库仑力的作用, 一些α粒子穿过金箔后会改变原来的运动方向, 这个现象叫做α粒子的散射。卢瑟福希望通过对散射的分析来了解原子内部电荷与质量的分布情况。实验的结果是, 绝大多数α粒子发生了较大的偏转。实验观察到的现象使卢瑟福感到十分惊奇, 于是他精确统计了向各个方向散射的α粒子的数目, 在此基础上提出了原子的核式结构模型即:在原子的中心有一个很小的核, 叫做原子核, 原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里, 带负电的电子在核外的空间运动。
运用物理模型可以使复杂的问题简单化, 就像上个例子一样, 结合物理模型来讲原子结构知识就把问题简单化了, 从而能够使学生更好地理解。
(4) 物理模型在解答物理问题中的应用
解题过程其实就是还原拟题者物理模型的过程。我们需要把题目中的物理过程和物体简化成理想模型。事实告诉我们, 千变万化的物理习题都是根据一定的物理模型建立的。
例如:如图所示, 圆弧AO表示一个光滑凹圆槽的横截面, 它所对的圆心角小于5, 试比较小球从槽中1、2位置静止释放运动到O点的时间?解题过程可归纳如下:
(1) 读题, 确定研究对象。首先要把习题的主要内容看懂, 不要因为马虎等原因落读任何一条信息;其次确定此题要研究的对象为圆弧AO, 以及小球1、2。
(2) 确定研究对象的实体物理模型。根据题设条件分析小球运动的受力情况得出, 它和单摆摆球运动时的受力情况相似 (支持力和摆球的拉力等效) 。所以, 可以看成单摆模型来研究分析。
(3) 以实体模型和习题给出的已知条件, 待求量出发确定研究对象状态变化的过程模型。在满足题设条件下, 小球从图中1或2位置运动到O点的情况和单摆在做简谐运动在4周期内摆球从振幅运动至平衡位置情形相同。
(4) 通过推理计算最后把整个问题全分析完之后, 我们就可以将待求问题转换为熟悉的单摆运动模型。小球运动至O点的时间与振幅无关, 即与小球运动的初始位置1或2无关。
通过上面这道题可以看出, 解答物理习题的过程就是对所研究的问题构成模型、分析模型、计算模型的过程。通过这一个例子就可以举一反三, 从而使学生掌握解题技巧, 提高解题效率。
5. 课题研究的成果、意义
本文通过对物理模型的概述和了解构建物理模型的分类方法, 以及物理模型在教学中的一些应用, 从而得出了物理模型在物理教学中应用上的一些思想、方法和规律。在中学物理教学中, 能够循序渐进地启发、引导学生合理建立、应用物理模型, 处理比较复杂的物理问题, 熟悉并掌握这种科学研究的思维方法, 养成良好的思维习惯, 也能够使学生加深对物理概念和规律的理解, 提高解题技巧, 并且可以培养和提高学生的创新能力和综合素质。此课题在教学法理论的构建上, 也体现了理论教学规律的认识。
摘要：任何物理模型都是采用理想化方法, 通过对原型客体 (具体事物) 在一定条件下的合理近似而抽象出同类原型客体的共同性而建立的。它是一个主观抽象和客观具体的辨证统一体, 具有理想性和客观性、抽象性和可变性。由此决定了建立和应用物理模型的心理机构是想象和迁移, 并需要抽象思维与之对应。而中学生的抽象思维还没达到定型阶段, 还不能完全去应用, 故物理模型在物理教学中造成了一定难度。因此本文就物理模型在中学物理教学中的应用作初步探讨。
关键词：物理模型,物理教学,思维方法,应用
参考文献
[1]李高海.物理学理想模型探析[J].南华大学学报 (理工版) , 2002, (01) .
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[3]刘胜.物理问题的数学模型与物理教学的素质教育[J].兰州教育学院学报, 2003, (02) .
高考物理中的模型 篇10
其实跟物理学发展过程中一样, 在物理学习中建立物理模型是将研究的物理对象或物理过程通过抽象、 理想化、简化、类比等形成物理模型。 通过物理现象或物理过程进行去粗取精、去伪存真的处理, 找出反映物理现象或物理过程的内在本质及内在规律, 使问题的处理大为简化。 下面就具体分析怎样在中学物理教学中构建物理模型。
一、理解概念规律, 构建物理模型
物理模型是物理规律和物理理论赖以建立的基础, 物理模型方法是物理学家研究自然界最基本的方法。 理解掌握物理概念和规律, 抓住问题的本质, 便可以建立符合实际的物理模型。
例1:冬天我们哈气, 嘴里会冒“白气”, 夏天打开冰箱门, 我们也常看到“白气”, 这是为什么呢? 很明显, 这里物理研究对象是“白气”, 考查对物态变化这一规律的理解, 抓住“白气”的实质是极小的液态小水滴, 前者是嘴里水蒸气, 后者是空气中的水蒸气遇冷液化形成。
例2:2012年5月, 日本科学家开发出制作单层硅分子薄膜技术, 如图所示:在硅板表面覆盖陶瓷薄层, 持续加热一段时间后, 硅板中的硅分子居然能穿透陶瓷薄层从而形成单层硅分子薄膜。 加热使得硅分子穿透陶瓷薄膜, 这说明了什么? 此题背景是当前新材料领域的科技知识, 对初中同学而言较陌生, 但并不难想出此时结合“分子动理论”模型, 找到问题答案, 说明分子之间有空隙, 分子在做永不停息的运动。
二、通过联想、类比、构建物理模型
在中学物理中有许多的物理模型, 关于它们的题目不少, 但有些学生在遇到这类问题时, 往往发现不了它们原有的模型, 陷入解题的误区中。 遇到这类问题, 我们应该从复杂的物理现象中抓住问题本质, 用联想和类比的方法, 将题中所给的情景与熟悉的相比较建立其模型。
例3:人造卫星沿椭圆轨道绕地球运行, 卫星从远地点向近地点运动的过程中, 动能、势能、机械能如何变化? 如题, 月球绕地球公转过程中, 若学生没有很多的地理知识, 根本不知道月球在远地点和近地点时速度变化的情况, 很难直接给出结果。 这时我们可以通过联想、类比, 结合单摆模型, 梳理问题的实质是动能和势能间的相互转化, 在没有阻力情况的下, 机械能总量保持不变, 卫星在远地点势能最大, 动能最小, 正如单摆模型中小球在最高点时重力势能最大, 动能最小。
再如学习电流和电压时, 通过联想和类比, 把电压看成水压, 把电流看成水流, 正是有了水压, 因此才产生了水流, 水压越大水流也越大, 水流流过水轮机使水轮机转动。 电学中, 电压正是产生电流的原因, 电阻一定时, 电压越大, 电流也越大, 电流经过小灯泡, 小灯泡就会发光。 建立和正确使用物理模型可以提高学生理解和接受新知识的能力。
可见, 无论是在利用物理模型解决实际问题还是在学习物理概念时, 都可以采取联想、类比的思维, 建立熟悉的相似的模型, 运用所学知识解决实际问题, 只有这样才能在解决问题时得心应手, 游刃有余。
三、发掘有用信息、抓住主要矛盾, 构建物理模型
例4:如图所示, 形状规则、密度均匀的木板AB放在水平桌面上, OA=2OB, 当B端挂30N的重物G时, 木板A端刚刚开始翘起, 木板重为多少? 显然, 在解决本题时, 应构建杠杆平衡条件的基础物理模型, 支点和力臂不难寻找, 但仅仅这样还是不够, 若把重物对木板的拉力看成是动力, 则阻力什么呢? 此时我们还需要把形状规则、 密度均匀的木板构建成一个重力集中在木板AB中点的一个轻质杠杆模型, 然后利用杠杆平衡条件解决问题。
对于同一研究对象, 使用合适的物理模型来解决, 可以使问题的处理过程大为简化, 但同一研究对象在不同研究问题时, 还应注意条件的变化。 例如在研究地球绕太阳公转的时候, 由于地球的大小相对于太阳到地球的距离要小得多, 可以把地球看成质点, 研究地球公转速度、周期等问题, 突出它所处的位置和质量特性。 但在研究地球自转时, 地球的形状、大小就不可以忽略。
由上面的几个例子看来, 在教学中物理模型的建立并非是一件复杂的事, 只要我们能熟练地运用我们所学的基础知识和基本技能, 研究并提炼题目所给的背景材料, 抓住其中的主要因素, 忽略次要因素, 把复杂的问题进行必要的抽象、联想、类比, 就可以将问题转化为合理的、熟悉的、理想化的物理模型。