注重物理模型在教學(xué)中的運(yùn)用

劉洪漢

【中圖分類號(hào)】G633.7 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2016）29-0135-01

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。

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(shí)的能力。例如，我們?cè)谶\(yùn)動(dòng)學(xué)中建立了“質(zhì)點(diǎn)”模型，學(xué)生對(duì)這一模型有了充分的認(rèn)識(shí)和足夠的理解，為以后學(xué)習(xí)質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)、萬有引力定律、物體的平動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)，以及電學(xué)中的“點(diǎn)電荷”模型、光學(xué)中的“點(diǎn)光源”模型等奠定了良好的基礎(chǔ)。使學(xué)生學(xué)習(xí)這些新知識(shí)時(shí)容易理解和接受。

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。

建立和正確使用物理模型對(duì)學(xué)生的思維發(fā)展、解題能力的提高起著重要的作用。可以把復(fù)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(gòu)建物理模型的途徑有以下幾種

緊扣關(guān)鍵詞句，探究物理實(shí)質(zhì)，構(gòu)建物理模型。例2.如圖示，一個(gè)U型導(dǎo)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(jì)。設(shè)勻強(qiáng)磁場與U型框架的平面垂直，磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.2T，今有一根導(dǎo)體棒ab，其質(zhì)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(dòng)，求導(dǎo)體ab下滑的最大速度vm。

點(diǎn)評(píng)：題中求“最大速度”幾個(gè)字，是提示物理模型的關(guān)鍵性詞句，最大，即不可增加，也就是導(dǎo)體ab將以此速度沿導(dǎo)軌斜向下作勻速直線運(yùn)動(dòng)。

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

求解：

據(jù)上述模型分析，導(dǎo)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(zhì)特征，構(gòu)建物理模型

例3.如圖示，在豎直平面內(nèi)，放置一個(gè)半徑R很大的圓形光滑軌道，O為其最低點(diǎn)，在O點(diǎn)附近P處放一質(zhì)量為m的滑塊，求滑塊由靜止開始滑至O點(diǎn)時(shí)所需的時(shí)間。

點(diǎn)評(píng)：滑塊m向圓弧最低處滑動(dòng)不同于沿斜面的滑動(dòng)，這是一個(gè)很復(fù)雜的變速曲線運(yùn)動(dòng)，顯然，牛頓定律不能求解，但滑塊的運(yùn)動(dòng)軌跡是一段圓弧，其運(yùn)動(dòng)與受力單擺相同，則只要滑塊滿足從P點(diǎn)到O點(diǎn)的圓弧對(duì)應(yīng)的圓心角很小，小于10，則完全可以把滑塊的運(yùn)動(dòng)等效為“單擺的運(yùn)動(dòng)模型”。

求解：

由單擺的周期公式有，滑塊由P點(diǎn)滑到O點(diǎn)的時(shí)間為

（2）探究隱含條件，構(gòu)建物理模型

例4.質(zhì)量為m，電量為q的質(zhì)點(diǎn)，在靜電力作用下，以恒定速率v沿圓弧從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)，其速度方向改變的角度為θ（弧度），AB弧長為s，則A、B兩點(diǎn)間的電勢差φA-φB=_________，AB弧中點(diǎn)場強(qiáng)大小E=___________。

點(diǎn)評(píng)：對(duì)此題，不少同學(xué)曾認(rèn)為題目給出的條件模型不清，不能根據(jù)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(shí)該題已給出了較隱蔽的條件。因?yàn)榇速|(zhì)點(diǎn)只在靜電力作用下以恒定速率v沿圓弧運(yùn)動(dòng)，故可以，此質(zhì)點(diǎn)作勻速圓周運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而推斷出此質(zhì)點(diǎn)處，在點(diǎn)電荷形成的電場中，可以構(gòu)建“電子繞核作圓周運(yùn)動(dòng)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(diǎn)電荷形成的電場的特點(diǎn)可知，同一圓弧上各點(diǎn)電勢相等，故φA-φB=0。

又由于質(zhì)點(diǎn)的電場力提供了向心力，則質(zhì)點(diǎn)在中點(diǎn)受到的電場力

而R=s/θ