浅谈高中物理模型的构建

【摘 要】物理模型的教学，对培养学生探索问题的兴趣，发展创新思维，提高解决实际问题的能力极为有利，同时可以使学生走出题海，走向成功。当然，物理模型教学不能把它机械化、教条化、绝对化，因为任何物理问题都有其特殊性的一面，对待具体问题，一定要善于具体分析，找出合适的解决方案。本文就高中物理模型的构建进行了阐述。

【关键词】物理模型 情境变换 拓展思维 整合归类 构建

【中图分类号】G632【文献标识码】A【文章编号】1674－4810（2012）13－0137－02

构建物理模型，必定要采用一定的方式、方法，而采用恰当的方式、方法，将收到事半功倍的效果。可以利用量纲齐次法则来找到相关物理量间的相互关系，进而构建出相应的物理模型。这样我们就可以通过纷繁而复杂的表面现象去认清事物的本质，用理论来指导我们的行动去改造世界。

一 加强基础训练，积累实战经验

扎实的基础，为理想模型的建立提供一个知识平台，因此教学的首要任务是夯实基础，培养学生基本的思维方法，而新课教学中的知识传授则是理想模型建立的初级阶段。由于学生对所学知识在头脑中没有雏形，因此对新知识的引入建构阶段是优化某些思想品质的关键时期，学生的认识结构在某一方面的发展也有最佳时间，教师要深入教材，重组教材、创设富有探究性的问题情境，引导学生经历知识的建构过程，因此，新知识的处理可采用以下方法：

1．实验激趣法

引人入胜的实验，能激起学生的兴趣，特别是对某些由于缺乏概念所需的足够的感性材料，又没有旧知识起铺垫作用，用实验的方法，效果非常好。通过实验，使学生在脑海中留下一个直观的、具体形象的物理模型，在此基础上引导学生形成一种思维轮廓，建立具有思维特征的物理模型，然后再利用学生思维中已建立起来的物理模型，去解决一些实际问题。另外通过一些典型的演示实验，让学生获得生动、鲜明的感性认识，从实验现象的特征出发，提出物理概念，使学生对所研究的问题产生强烈的兴趣，这有助于培养学生的观察能力、注意力和实验能力。

2．复习旧知识法

利用学生头脑中已有的认识结构和知识相似性，去联系新知识，使新知识在原有的认识结构基础上获得新的认识，产生新的物理概念和物理模型。这样，不但缩短了认知过程，节约了时间，而且使得新旧知识之间的联系更加紧密。如研究电场力做功，可与重力做功类比，能很快掌握电场力做功与电势、电势差的关系。

3．充分发挥图象的功能

解决物理问题常常要利用数学知识来解决，由于图象比较直观，可以将抽象的物理问题形象化，因此在解题时，应画出必要的辅助图，作为构建物理模型的辅助工具，这是解决物理问题的一个重要环节。许多同学在解物理问题时常常束手无策，显得思维凝滞，出现这种情况的原因很多，但其中一个重要的原因就是不能根据题中给出的语言表述画出正确图象。

二 注重情境变换，拓展思维空间

物理教学的主要任务就是教会学生应用所学知识解决实际问题，而实际问题又是千变万化的，但它们本质上又有许多相似之处。因此，教学的首要任务就是要教会学生通过复杂的表面现象认识事物的本质。在实际教学中，变换物理情境，激发学生的求知欲，培养思维的多向性，拓展学生的思维深度和广度。情境变换的方式有许多，着重从以下几个方面说明：

1．以生活中的实际问题为背景

对同一物理规律，以生活中的实际问题为背景，使得物理问题变得更有情趣，激发学生的学习热情，可使学生从枯燥的物理问题中解脱出来。如平抛物体的运动，在掌握好基本的处理方法和规律后，可以设置不同的情景来进一步理解和掌握平抛运动的规律。

2．以高科技知识为背景

以高科技知识为背景，对中学生来说有一种神秘感，能吸引学生的好奇心，激发他们的求知热情，其实这类知识中许多原理都是中学阶段能解决的，因此要帮助学生揭开这类问题的神秘面纱，剖析它们的基本原理，看清这类问题的本质，抓住基本的处理方法，提炼出原始模型，坚定学生解决这类问题的信心。

3．以新闻热点材料为背景

这反映了物理学科紧随时代的步伐，走在时代前列，这些材料大多数是以最新发明或最近发生的事为背景，将物理知识穿插在里面编成具有一定新意的物理试题。让人既能体会到物理学科在社会中的地位与价值，又能掌握知识，符合学生的口味。如以神州系列飞船为背景，编一试题如下：2003年10月15日9时，中国首位太空人杨利伟搭乘“神舟五号”飞船遨游太空，绕地球飞行14圈，并在内蒙古中部草原安全降落，中华民族的“飞天梦”终于实现。

“神舟五号”飞船在返回时先要进行调整，飞船的返回舱与留轨舱分离，返回舱以8km/s的速度进入大气层，当返回舱距地面30km时，返回舱上的回收发动机启动，相继完成拉出天线、抛掉底盖等动作。在飞船返回舱距地面20km以下的高度后，速度减为200m/s后匀速下降，此段过程中的重力加速度为g′，返回舱所受空气阻力为f＝1/2ρv2S，式中ρ为大气的密度，v是返回舱的运动速度，S为与形状特征有关的阻力面积。当返回舱距地面高度为10km时，打开面积为1200m2的降落伞，直到速度达到8.0m/s后匀速下落，为实现软着陆（即着陆时返回舱的速度为0），当返回舱离地面1.2m时反冲发动机点火，使返回舱软着陆，返回舱此时的质量为2.7×103kg，取g＝10m/s2。

求：（1）用字母表示返回舱在速度为200m/s时的质量。（2）求反冲发动机的平均反推力及反冲发动机对返回舱所做的功。（3）若飞船绕地球14圈，用时21h，设地球半径为6400km，g取10m/s2，且认为飞船绕地球作匀速圆周运动，试估算飞船正常运行时离地面的高度。

此题信息量大，综合性强，但学生通过此题一方面能了解科普知识，丰富知识面；另一方面，在此背景下设计了许多物理问题，通过对这些问题的解决，能提高学生的阅读能力，提取信息及建立物理模型的能力。

三 精心整合归类，构建物理模型

随着教学的不断深入，学生接受的信息越来越多，基础知识得到了夯实，能力得到了一定的提高，但许多学生感到越来越困惑，拿到题目不知从何处下手，往往东一榔头西一棒，题目刚开了头又做不下去了，结果半途而废。这类问题出现的原因很多，其中一个重要原因是缺乏对所学知识的归类和总结，因为很多问题虽然题型有差异，研究对象不同，但问题的实质一样，如能对这些“型异质同”的问题进行归类、分析，抓住共同的特征，就能弄通一题，旁通一批，使学生思考问题的概括能力得到提高，通过总结和归类才能在大脑中形成对同一类问题解题的基本思路和方法，即建立物理模型，才能摆脱情境的干扰，很快抓住问题的本质，提高解题的效率。

在中学物理教学过程中比较典型的物理模型有：（1）纸带问题；（2）传送带问题；（3）追及类问题；（4）卫星绕地球运动问题；（5）子弹打木块问题；（6）两小球组成的弹簧振子问题；（7）平抛类问题；（8）带电粒子在有界磁场或电场中运动的问题；（9）速度选择器类问题；（10）氢原子能级跃迁问题等。

这类问题都是非常典型的物理模型，同一类问题处理手段非常相近。如我们在动量守恒中总结了“子弹打木块的问题”，通过分析子弹与木块的动量变化、能量的转化关系，解决了一大批同类问题。如将它类推到电场中，小车静放在光滑水平面上，小车上固定一平行板电容器AB，场强为E，其中B板带正电，小车的平板是绝缘且光滑的。现有一质量为m，带电量为＋q的小球以初速度V0从A板下端一小孔进入电场，设小球在运动中始终没有与B板发生碰撞，且小车的总质量为M，求系统所具有的最大电势能和此时小球在小车内运动的距离。

这个问题虽然是电场中的问题，实际上它的解题方法与子弹打木块非常相似，只要列出两个方程即能解决：

即：动量守恒方程：mV0＝（M＋m）V；

能量守恒方程：1/2mV02＝1/2（M＋m）V2＋qE•d（d为小球在车内的相对位移），其中qE•d也是最大电势能，类似于子弹打木块中产生的内能。

至于第二问，由以上结论稍加变化，就能得出结论。所以对这类比较典型的物理过程，如果在平时的学习中能够认真分析、归纳和总结，通过深刻分类、比较，找出这类问题所共同遵循的规律和基本的处理方法，使之成为典型的过程，即物理模型，以后才能用它的规律来解决实际问题。这样做有助于学生全方位把握物理问题，有助于学生的思维由单向型向多向型转变，有助于学生的会聚思维和发散思维相结合，形成立体的思维网络，从而使学生在解题时更能抓住主要矛盾，选择简便的解题途径。

四 结束语

总之，物理模型的教学，对培养学生探索问题的兴趣，发展创新思维，提高解决实际问题的能力极为有利，同时可以使学生走出题海，走向成功。当然，物理模型教学不能把它机械化、教条化、绝对化，因为任何物理问题都有其特殊性的一面，对待具体问题，一定要善于分析，找出合适的解决方案。

参考文献

［1］熊正业.高考物理中理想化模型构建策略及运用［J］.文理导航，2011（21）

〔责任编辑：庞远燕〕