注重物理模型在教學中的運用

劉洪漢

【中圖分類號】G633.7 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2016）29-0135-01

物理學是一門研究物質最普遍、最基本的運動形式的自然科學。而所有的自然現象都不是孤立的。這種事物之間復雜的相互聯系，一方面反映了必然聯系的規律性，同時又存在著許多偶然性，使我們的研究產生了復雜性。物理模型是在抓住主要因素忽略次要因素的基礎上建立起來的，它能具體、形象、生動、深刻地反映事物的本質和主流。

一、物理模型在教學中的作用

建立和正確使用物理模型可以提高學生理解和接受新知識的能力。例如，我們在運動學中建立了“質點”模型，學生對這一模型有了充分的認識和足夠的理解，為以后學習質點的運動、萬有引力定律、物體的平動和轉動，以及電學中的“點電荷”模型、光學中的“點光源”模型等奠定了良好的基礎。使學生學習這些新知識時容易理解和接受。

建立和正確使用物理模型有利于學生將復雜問題簡單化、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。

建立和正確使用物理模型對學生的思維發展、解題能力的提高起著重要的作用。可以把復雜隱含的問題化繁為簡、化難為易，起到事半功倍的效果。

二、構建物理模型的途徑有以下幾種

緊扣關鍵詞句，探究物理實質，構建物理模型。例2.如圖示，一個U型導體框架，寬度為L=1m，其所在平面與水平面成α=30角其電阻可忽略不計。設勻強磁場與U型框架的平面垂直，磁感應強度B=0.2T，今有一根導體棒ab，其質量m=0.2kg，有效電阻R=0.1Ω，跨放在U型框架上，并能無摩擦滑動，求導體ab下滑的最大速度vm。

點評：題中求“最大速度”幾個字，是提示物理模型的關鍵性詞句，最大，即不可增加，也就是導體ab將以此速度沿導軌斜向下作勻速直線運動。

據此，通過自己的抽象思維，大家可以在頭腦中構建這樣一幅物理圖景：導體ab開始下滑時，速度v0=0，在斜軌上受下滑力（重力沿斜面分力），產生的加速度最大；隨著下滑速度的增大→導體中感應電動勢增加→感應電流增加→磁場對導體的安培力也增加，由于安培力與下滑力反向，故導體的加速度越來越小，而速度仍然越來越大，當下滑速度大到使安培力和下滑力平衡時，加速度為零，速度不再增加而以此最大速度作勻速直線運動。

求解：

據上述模型分析，導體ab平衡的條件為：

mgsinα=F安

而F安=BIL，I=ε/R，又ε=BLv

（1）探究問題的本質特征，構建物理模型

例3.如圖示，在豎直平面內，放置一個半徑R很大的圓形光滑軌道，O為其最低點，在O點附近P處放一質量為m的滑塊，求滑塊由靜止開始滑至O點時所需的時間。

點評：滑塊m向圓弧最低處滑動不同于沿斜面的滑動，這是一個很復雜的變速曲線運動，顯然，牛頓定律不能求解，但滑塊的運動軌跡是一段圓弧，其運動與受力單擺相同，則只要滑塊滿足從P點到O點的圓弧對應的圓心角很小，小于10，則完全可以把滑塊的運動等效為“單擺的運動模型”。

求解：

由單擺的周期公式有，滑塊由P點滑到O點的時間為

（2）探究隱含條件，構建物理模型

例4.質量為m，電量為q的質點，在靜電力作用下，以恒定速率v沿圓弧從A點運動到B點，其速度方向改變的角度為θ（弧度），AB弧長為s，則A、B兩點間的電勢差φA-φB=_________，AB弧中點場強大小E=___________。

點評：對此題，不少同學曾認為題目給出的條件模型不清，不能根據題目告訴的條件建立物理模型，因而后面的問題便無從下手，其實該題已給出了較隱蔽的條件。因為此質點只在靜電力作用下以恒定速率v沿圓弧運動，故可以，此質點作勻速圓周運動，進而推斷出此質點處，在點電荷形成的電場中，可以構建“電子繞核作圓周運動模型”，這樣，隱含條件挖掘了出來，物理模型也就清晰了。

求解：

由點電荷形成的電場的特點可知，同一圓弧上各點電勢相等，故φA-φB=0。

又由于質點的電場力提供了向心力，則質點在中點受到的電場力

而R=s/θ