談物理模型在高中物理學(xué)習(xí)中的作用

摘要：物理模型是高中物理經(jīng)常用到的解題技巧，對學(xué)生學(xué)好物理有顯著的作用效果。文章結(jié)合高中物理知識內(nèi)容，對物理模型進行簡要闡述，進而淺析物理模型在高中物理學(xué)習(xí)中所發(fā)揮的關(guān)鍵作用。

關(guān)鍵詞：高中物理；物理模型；教學(xué)作用

一、 關(guān)于物理模型

在研究物理過程時，物理模型是對問題的主要因素和物體之間存在的關(guān)系進行研究，進而總結(jié)出事物的物理規(guī)律。比如伽利略的理想實驗是一個經(jīng)典的物理模型，同時也是一個理想模型，其為牛頓第一定律的誕生奠定了堅實的基礎(chǔ)。由于實驗設(shè)置的前提是“零摩擦”的理想化條件，因此這個物理模型無法通過實驗進行驗證。物理模型的本質(zhì)是總結(jié)物體運動的變化規(guī)律，簡言之物理模型就是一種辯證思維方法，可以把某一類事物的運動形式演化成一類問題進行分析并解答，最終總結(jié)出物體本身與外界因素間存在的物理規(guī)律。

二、 建立物理模型對學(xué)習(xí)物理的重要性

在高中物理的學(xué)習(xí)階段，建立物理模型是學(xué)生學(xué)習(xí)物理的重要手段。它可以在學(xué)生解題的過程中降低對題意理解的難度系數(shù)，并提供相應(yīng)的解題思路，為學(xué)生解答物理題目以及物理的學(xué)習(xí)提供了極大的便利。因此，在學(xué)生學(xué)習(xí)高中物理的過程中，充分利用物理模型對學(xué)生學(xué)好物理具有非常重要的作用。

1. 降低學(xué)習(xí)難度，理解和掌握物體運動規(guī)律：物理模型可以幫助學(xué)生降低知識點的難度系數(shù)，將物理概念由“抽象態(tài)”轉(zhuǎn)化為“具象態(tài)”，從而使物理概念變得更加清晰，再反過來對物理模型進行研究，又能將“具象態(tài)”的物理模型傳達出其知識內(nèi)容中的“本質(zhì)”，這其實是一個利用思維對問題進行動態(tài)分析的過程，符合螺旋上升這一原則。例如在豎直平面內(nèi)進行圓周運動，其向心力是沿著半徑方向物體所受外力所形成的合力，其核心內(nèi)容是牛頓第二定律與向心力結(jié)合的實質(zhì)，也可以說這部分的知識內(nèi)容的本質(zhì)上就是向心力，需要學(xué)生對向心力形成進行理解和掌握。為此，學(xué)生可以通過建立幾個典型豎直面內(nèi)圓周運動的模型，進而對向心力的知識內(nèi)容展開研究。

建立物體在圓周運動中運動至最高點時的物理模型，a、b均為無支撐情況下的球繩模型，如圖1所示；c、d為有支撐的球繩模型，如圖2所示。

圖1a、b沒有支撐的小球

圖2c、d為有支撐的小球

例如圖1中的a，是典型的球繩模型，需要考慮物體在運動過程中的瞬時性，當(dāng)小球達到最高點時，小球的速度達到其臨界速度v，則可以根據(jù)牛頓運動定律進行列式：mv2r=mg，解得臨界速度v=rg；小球在運動過程中，其反作用力是由地球引發(fā)的重力所提供的，方向豎直向下，由于繩子是聯(lián)系著物體的，此時繩子內(nèi)不含有內(nèi)應(yīng)力。當(dāng)物體達到運動軌跡的最高點時，其運動模式具有脫離效應(yīng)，對此可以列出如下公式：mv2r=>mg，v>rg；若運動到制高點時，物體又表現(xiàn)為向心的運動趨勢，則可以根據(jù)分析進行列式：mv2r=

2. 建立物理模型，將勻電、磁場問題進行合理的轉(zhuǎn)換：建立物理模型是將物理概念由“抽象態(tài)”轉(zhuǎn)化為“具象態(tài)”的一個思維過程，它是一個認(rèn)知、質(zhì)疑、再到認(rèn)知的思維過程。物理模型除了可以幫助學(xué)生了解并掌握事物的運動規(guī)律，還能夠有效幫助學(xué)生解決高中物理有關(guān)“電、磁場”問題，從而幫助學(xué)生掌握更多的物理知識，下面采用物理模型對電場問題展開分析。

一絕緣圈處于勻強電場的中央，絕緣圓環(huán)的半徑為r，圓環(huán)上連帶一質(zhì)量為m的小球，其電荷量為+q，從A處將小球釋放，小球剛好能在球內(nèi)側(cè)做完整的圓周運動，若小球所受到的電場力為自身重力的3/4，則求小球的運動時的最大動能，并求出運動至A點處的瞬時速度vA。

這是一道將運動與力學(xué)有效結(jié)合的物理試題，雖然題目中涵蓋了電磁學(xué)方面的知識內(nèi)容，但我們可以利用物理模型對問題的本質(zhì)進行剖析，對其進行類推可以發(fā)現(xiàn)，這道題目是關(guān)于豎直面圓周運動的問題，其在均強電場中的運動本質(zhì)其實與向心力的運動規(guī)律是一樣的，因此學(xué)生還可以利用“球繩模型”對題目展開分析。對小球進行受力分析，并列出電場力與重力的合力F合的表達式：F合=（mg）2+34mg2，據(jù)此，解得F合=54mg，算式中F合是一恒定不變的作用力，在場中與“重力”的存在方式基本一致，將重力與電場力合成，利用等效重力場解決問題。

三、 總結(jié)

在高中物理學(xué)習(xí)過程中掌握并且靈活運用物理模型，有利于學(xué)生在潛移默化中形成正確的物理思維，進而幫助學(xué)生將解題思路由難化簡，對題意的理解由表外到表內(nèi)，學(xué)習(xí)起來事半功倍，幫助學(xué)生提高物理成績。

作者簡介：

李生計，福建省三明市，尤溪縣第七中學(xué)。