高中物理模型教學及實例分析お

尤東岳

都說高中物理難，難在哪里呢？筆者認為，高中物理與初中物理相比有幾個大的跨越，“理想模型”就是其中之一，學生如果不能認識物理模型，不能建立物理模型，那么學習物理則寸步難行，本文結合筆者多年的教學經驗，就物理模型教學及教學實例談幾點筆者的看法，望能有助于課堂教學.

1物理模型的特征和作用

物理教學離不開物理模型教學，分析物理模型的特征和作用是有效開展模型教學的前提.

1.1物理模型的特征

（1）抽象性與形象性的統一

為什么要建立模型？物理模型的建立過程是從客觀存在的事物和現象出發經過抽象、簡化的過程，這一過程同時存在了抽象思維和形象思維，兩者共存而統一.

例如，質點模型，這是一個理想化模型，但是卻又是客觀存在的實際物體的抽象與有條件近似，在研究的問題中，如果物體的大小、形狀等特征對問題的研究沒有影響，則將這個客觀存在的物體抽象為一個有質量的點，即質點，在這個模型建立的過程中，首先涉及到具體而形象化的物體及其所在的物理場[JP3]景，然后還要分析所研究問題的主、次矛盾，在此基礎上進行抽象.[JP]

（2）科學性與假定性的統一

物理模型與原始物理問題之間有著特定的聯系，不僅僅能夠客觀地反應問題的主要因素和主要矛盾，而且建立模型的過程是以科學知識和實驗現象為依據的，建模的過程有嚴謹的推斷和邏輯論證，所以說模型具有科學性.但是，從另外一方面來看，物理模型又高于現實事物，是物理思維作用的結果，有些甚至是科學家創造力、想象力發揮的結果，與現實只能近似而無法全同，所以說模型又具有假定性，需要進一步用實驗和事實來驗證.

例如，自由落體運動就是伽利略通過實驗和邏輯推理得到的理想化模型，如果學生學了必修一第六章后會意識到當初伽利略的假設是需要條件的，自由落體運動應該是下落高度不太大，重力不隨著高度而變化的前提下的一種初速度為零的勻加速直線運動.

再例如，盧瑟福建立的核式模型是他在實驗的基礎上抽象而成的模型，能夠解釋α粒子散射實驗，具有一定的科學性，但是由于人們對微觀世界的認識局限性的限制，到底是怎樣的結[JP3]構呢？所以我們說核式模型更具有盧瑟福站在物理角度的假定性.[JP]

1.2物理模型的作用

物理模型是物理思維的產物，在建模的過程中物理原始問題和原型中對問題的影響處于次要矛盾的因素被摒棄或忽視，[JP3]研究對象被純化或簡化，物理模型是推演和建立物理規律的基礎.[JP]

例如，“質點”這個模型是勻變速直線運動規律、牛頓運動定律、萬有引力定律、向力力等力學規律建立的基礎；與之相類似，“點電荷”模型是諸多電學規律建立的基礎，理想氣體是三個氣體實驗定律和理想氣體狀態方程建立的基礎.

除了借助于模型來建立物理規律和理論外，利用物理模型可以解釋物理現象和實驗定律，如借助于愛因斯坦的光子說可以解釋光電效應；利用物理模型可作出科學的預言，如海王星的發現.

2學生借助于模型解決問題的教學實例——電磁感應定律

2.1從原有認知出發，提出問題

提供如圖1、圖2所示的電路圖，并提出問題.

問題1：這兩個電路，如果電鍵均閉合，電流表和靈敏電流計會不會有讀數？

問題2：如果你認為有讀數，那么兩個電路的電源是什么？

這兩個電路圖進行對比，對于圖2這種情況可以引導學生建立如圖3所示的模型，即圖2中的磁鐵下插的過程相當于提供了如圖3所示的電動勢（當然這里并非是穩恒電壓）.

問題3：靈敏電流計擺動的幅度大小與什么因素有關？

2.2基于模型實施實驗

為了探究電磁感應定律規律，可以引導學生自主探究如圖4、圖5所示的實驗.

從圖4實驗到圖5的實驗變化，實際上是模型上的變化，即通電流線管相當于條形磁鐵，而且可以通過改變電流來改變螺線管提供磁場的強弱.

對于改變電流的問題，可以要求學生以不同的速度將滑動變阻器的滑動頭從一端滑到另一端，思考問題.

問題1：兩次滑動過程中穿過線圈的磁通量的變化量是否相同？

問題2：所用時間是否相同？

問題3：電流表的偏轉角是否相同？

問題4：偏轉角大說明什么？

問題5：其原因是什么？

通過引導學生對問題的思考，總結出規律：當穿過線圈的磁通量變化量與時間之比越大，即單位時間內磁通量的變化越多，或者說磁通量的變化率越大時，線圈中產生的感應電動勢就越大.

在學生有了這樣的認識的基礎上，筆者再引導學生將其與速度、速度變化量和速度變化率這幾個概念進行類比，繼而“磁通量的變化率”這個概念和公式表征應運而生.

順勢建立規律：E=n[SX（]ΔΦ[]Δt[SX）].

2.3特例中應用模型

規律建立后，配置例題是實現知識內化的重要渠道，為此[JP3]筆者設計了典型特例，引導學生在例題解決的過程中運用模型.[JP]

例1如圖6示，把矩形單匝線圈abcd放在磁感應強度為B的勻強磁場中，線框平面和磁感線垂直.設線圈可動部ab的長度為l，以速度v，向右勻速平動，則線框中產生的感應電動勢為多少？

學生在思考的過程中，引導學生討論如下幾個問題，實現對問題的化解和模型的提取.

問題1：圖6的電路中，哪部分導體相當于電源？

[LL][TP1GW19.TIF，BP#]

問題2：可動部ab的速度v與磁感線方向B有何關系？

問題3：如果如圖7所示，導體運動方向與導體本身垂直，但與磁感方向不垂直，設v與B夾角為θ，又如何計算感應電動勢的大小呢？

實踐經驗表明，學生在解決圖6的過程中經過了問題1和問題2的思考，當情境轉化為如圖7時，很快能夠將速度進行分解完成模型的建立，并實現問題的解決.