物理模型在教學(xué)中的運(yùn)用

　　物理學(xué)是一門研究物質(zhì)最普遍、最基本的運(yùn)動(dòng)形式的自然科學(xué)。而所有的自然現(xiàn)象都不是孤立的。這種事物之間復(fù)雜的相互聯(lián)系，一方面反映了必然聯(lián)系的規(guī)律性，同時(shí)又存在著許多偶然性，使我們的研究產(chǎn)生了復(fù)雜性。物理模型是在抓住主要因素忽略次要因素的基礎(chǔ)上建立起來的，它能具體、形象、生動(dòng)、深刻地反映事物的本質(zhì)和主流。如何在物理教學(xué)中巧妙地運(yùn)用物理模型進(jìn)行教學(xué)？我認(rèn)為應(yīng)該從以下幾個(gè)方面著手。
　　一、物理模型在教學(xué)中的作用
　　建立和正確使用物理模型可以提高學(xué)生理解和接受新知識的能力。建立和正確使用物理模型有利于學(xué)生將復(fù)雜問題簡單化、明了化，使抽象的物理問題更直觀、具體、形象、鮮明，突出了事物間的主要矛盾。
　　二、中學(xué)物理中常見的物理模型
　　物理模型是物理思想的產(chǎn)物，是科學(xué)地進(jìn)行物理思維并從事物理研究的一種方法。中學(xué)物理中常見的物理模型可歸納如下。
　　1.物理對象模型化。物理中的某些客觀實(shí)體，如質(zhì)點(diǎn)，舍去物體的形狀、大小、轉(zhuǎn)動(dòng)等性能，突出它所處的位置和質(zhì)量的特性，用一有質(zhì)量的點(diǎn)來描繪，這是對實(shí)際物體的簡化。當(dāng)物體本身的大小在所研究的問題中可以忽略，也能當(dāng)做質(zhì)點(diǎn)來處理。
　　2.物體所處的條件模型化。當(dāng)研究帶電粒子在電場中運(yùn)動(dòng)時(shí)，因粒子所受的重力遠(yuǎn)小于電場力，可以舍去重力的作用，使問題得到簡化。力學(xué)中的光滑面；熱學(xué)中的絕熱容器、電學(xué)中的勻強(qiáng)電場、勻強(qiáng)磁場，等等，都是把物體所處的條件理想化了。
　　3.物理狀態(tài)和物理過程的模型化。
　　4.理想化實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，抓住主要矛盾，忽略次要矛盾，根據(jù)邏輯推理法則，對過程進(jìn)行進(jìn)一步分析、推理，找出其規(guī)律。例如，伽利略的理想實(shí)驗(yàn)為牛頓第一定律的產(chǎn)生奠定了基礎(chǔ)。
　　三、物理模型在教學(xué)中的運(yùn)用
　　1.建立模型概念，理解概念實(shí)質(zhì)。概念是客觀事物的本質(zhì)在人腦中的反映，客觀事物的本質(zhì)屬性是抽象的、理性的。要想使客觀事物在人腦中有深刻的反映，必須將它與人腦中已有的事物聯(lián)系起來，使之形象化、具體化。物理模型大都是以理想化模型為對象建立起來的。建立概念模型實(shí)際上是撇開與當(dāng)前考察無關(guān)的因素，以及對當(dāng)前考察影響很小的次要因素，抓住主要因素，認(rèn)清事物的本質(zhì)，利用理想化的概念模型解決實(shí)際問題。
　　2.認(rèn)清條件模型，突出主要矛盾。條件模型就是將已知的物理?xiàng)l件模型化，舍去條件中的次要因素，抓住條件中的主要因素，為問題的討論和求解起到搭橋鋪路、化難為易的作用。例如，我們在研究兩個(gè)物體碰撞時(shí)，因作用時(shí)間很短，忽略了摩擦等阻力，認(rèn)為系統(tǒng)的總動(dòng)量保持不變。條件模型的建立，能使我們研究的問題得到簡化。
　　3.構(gòu)造過程模型，建立物理圖景。過程模型就是將物理過程模型化，將一些復(fù)雜的物理過程經(jīng)過分解、簡化、抽象為簡單的、易于理解的物理過程。
　　四、使用模型應(yīng)注意的問題
　　1.模型是在一定條件下適用的。建立物理模型，可使問題的處理大為簡化而又不會(huì)發(fā)生大的偏差。現(xiàn)實(shí)世界中，有許多事物與這種“理想模型”十分接近，在一定場合、一定條件下，作為一種近似，可以把實(shí)際事物當(dāng)做“理想模型”來處理。但也要具體問題具體分析。例如，在研究地球繞太陽公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，由于地球與太陽的平均距離（約14960萬千米）比地球半徑（約6370千米）大得多，地球上各點(diǎn)相對于太陽的運(yùn)動(dòng)可以看做是相同的，即地球的形狀、大小可以忽略不計(jì)，這樣就可以把地球當(dāng)做一個(gè)“質(zhì)點(diǎn)”來處理。但在研究地球自轉(zhuǎn)時(shí)，地球上各點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)半徑不同，地球的形狀、大小不可以忽略，不能把地球當(dāng)做一個(gè)“質(zhì)點(diǎn)”來處理。
　　2.物理模型是在不斷完善發(fā)展的。隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，人類對事物的本質(zhì)的認(rèn)識也是不斷深入和提高的，物理模型也相應(yīng)地由初級向高級發(fā)展并不斷完善。例如，原子模型的提出就是一個(gè)不斷完善的過程。起初，人們認(rèn)為原子是不可分的，其英文名稱atom的原意，即不可分割的意思。直到1897年湯姆生通過陰極射線實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)電子，揭開了原子結(jié)構(gòu)的序幕，湯姆生認(rèn)為：原子是一個(gè)球體，正電荷均勻分布在球內(nèi)，電子像棗糕里的棗子那樣鑲嵌在原子里，這就是湯姆生的“棗糕式”原子模型，此模型能說明原子是中性的，并能說明輻射電磁波形成原子光譜，但解釋不了α粒子散射現(xiàn)象。盧瑟福進(jìn)行了α粒子散射實(shí)驗(yàn)，他認(rèn)為：在原子的中心有一個(gè)很小的核，叫原子核，原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核里，帶負(fù)電的電子在核外空間繞核旋轉(zhuǎn)，這就是盧瑟福的“原子核式結(jié)構(gòu)”模型，此模型可以解釋α粒子散射實(shí)驗(yàn)，還可以估算出原子核的大小，但與經(jīng)典電磁理論產(chǎn)生了兩個(gè)矛盾。玻爾為了解決上述矛盾，提出了原子的“軌道量子化”模型，這種模型的內(nèi)容是三條假設(shè)：能級假設(shè)、躍遷假設(shè)、軌道假設(shè)。
　　總之，由于客觀事物具有多樣性，它們的運(yùn)動(dòng)規(guī)律往往是非常復(fù)雜的。因此我們不可能一下子把它們認(rèn)識清楚。而采用理想化的客體（即物理模型）來代替實(shí)在的客體，就可以使事物的規(guī)律具有比較簡單的形式，從而便于人們?nèi)フJ(rèn)識和掌握它們。建立正確的物理模型可使我們對物理本質(zhì)的理解更加細(xì)致深入，對物理問題的分析更加清晰明了。所以，物理模型在教學(xué)領(lǐng)域有著重要的價(jià)值。