物理模型在高中物理中的构建与应用

摘 要：物理模型是高中物理教学中主要的知识载体。教学中对物理模型进行构建与运用，完全符合高中学生的认知特点，它是一种高效且易于学生接受的方法。本文主要阐述了物理模型的构建原则和方法，并对物理模型在高中物理中的应用及意义作了简要说明。

关键词：物理模型；构建模型；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。

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