淺談物理模型的構建與物理思維的培養

[關鍵詞]物理模型 構建 物理思維

學生在掌握物理知識的時，要提高分析問題、解決問題的能力，而物理問題的解決都建立在科學的物理模型上。因此，從實際情景中構建物理模型，借助物理規律解決實際問題則成了一個重要環節。教師在平時的教學中更應注意培養學生良好的物理思維和建立科學的物理模型的能力。

一、在實驗探究中，抽象問題模型化

在教學中，應注意消除學生對物理這門學科的畏難思想和恐懼心理，盡量做到抽象問題具體化、模型化。首先，注意教具、學具的制作，培養學生的學習興趣，做到既動腦又動手，學會抽象問題模型化；其次，利用小實驗、實驗課，讓學生對物理知識能有一個直觀具體的認識；再次，在解答物理問題時，教師應要求學生在審題和想象物理圖景后用示意圖把它畫出來。

二、解決問題近似、抽象化

實際物理問題千變萬化，錯綜復雜，為了對實際問題簡化，以便研究其中最本質的部分，求得最簡單、普遍的規律，在解答問題時，必須對研究對象經過想象轉化為物理模型，才能確定選用哪些知識解答問題，如，我們在研究太空中宇宙飛船的發射、運行等問題時，把衛星和飛船都當成“質點”，衛星、飛船繞地球的運動看成勻速圓周運動，把萬有引力當成向心力來解決實際問題，這種近似科學的抽象，符合客觀實際，在物理教學中，教師應注意培養學生對問題圖景合理轉化，建立良好的物理思維，構建科學的物理模型。

三、實際運用構建理想模型

1．在效果相同的條件下，用簡單易懂的理想化模型去等效要研究的實際問題

例1：如圖所示，在水平地面上有一輛運動的小車，車上固定一個盛水的杯子，杯子直徑為L，當車向右做加速為a的勻加速運動時，水平呈圖示狀態，求液面的高度差h。

本題可假設在杯中水面上取一小滴水A，并把它等效為一個放在斜面上的小物體，從而構建理想模型，設A的質量為m，A受到重力和斜面的支持力作用，水平向右勻加速運動，則mgtanθ=ma，又tanθ=h/L，得h=aL/g。

2．巧選參考系建模

在求解物理問題時，選擇不同的參考系，建立的物理模型不同，求解過程也不同，所以，解題時要注意參考系的選擇。

例2：百貨大樓一、二樓間有一正以恒定速度向上運動的自動扶梯，某人以相對梯的速度V沿梯從一樓向上跑，數得梯子有N1級；到二樓后他又反過來以相對梯的速度V沿梯向下跑至一樓，數得梯子有N2級，那么，該自動扶梯實際為級。

設人相對扶梯的速度為V，扶梯相對地面的速度為U，扶梯實際的級數為N，級間距離為S。以地面為參考系時，人上樓時間為NS/（V+U），人下樓時間為NS/（V-U），以扶梯為參考系，人上樓時間為N1S/V，下樓時間為N2S/V，由兩參考系上樓、下樓時間均不變可列出方程，求出扶梯級數。

3．利用科學的近似，還原物理模型

例3：一架飛機以V1=600m/s的速度在空中勻速飛行，一只以V2=5m/s速度飛行的鳥迎面與飛機相撞，鳥身長L=20cm，質量m=0.5kg，求飛機受到鳥的平均撞擊力？

物理原始模型是解決物理問題的歸宿，要還原物理模型，必須知道物體之間相互作用過程，進行抽象，達到模型還原的目的。本題為一道物體碰撞問題，①由于飛機質量遠大于鳥的質量，因此，鳥與飛機相撞后，不會改變飛機的運動狀態。②鳥與飛機相互作用時間很短，作用力巨大，鳥將會“粉身碎骨”，并與飛機以共同的速度運動，那么鳥碰飛機的過程可近似為一塊“橡皮泥”在瞬間粘到飛機上，模型得到了還原，問題也得到了圓滿的解決。

（作者單位：湖南衡東實驗中學）