Question

高中物理模型在教学中的应用

Answer 1

一、什么是物理模型？

物理模型是人们为了抓住物体的主要矛盾、本质、忽略次要矛盾而形成的对物质、状态或过程的一种理想化的思维方式。它反映物体的本质，反映物体运动过程的规律，它是科学研究的一种思维方法。

二、高中物理模型的分类

高中物理模型按照物体对象的特点与条件可粗略分为四种模型，它们分别是物质模型、物理过程模型、理想化实验模型与问题模型。质点、点电荷、理想变压器、理想气体与理想电表，它们都指向一个物体对象，都是忽略次要因素，抓住了影响问题的主要因素提出的理想化物质对象，它们是物质模型。高中描述的各种运动，如匀速直线运动、匀变速直线运动、抛体运动与匀速圆周运动运动，它们属于物理过程模型，描述的是一个运动过程。气体的等压、等温、等容实验、伽利略的斜面理想实验、物体的弹性碰撞，是属于理想化实验模型，它是揭示规律的重要途径。子弹射木块问题、滑块滑板问题是常见的问题模型，它们以问题的形式出现，掌握这个模型对提高解决实际问题的能力有很大帮助。

三、物理模型在教学中的作用

1、物理模型是一种科学研究的思维方法

不管是物质模型还是过程模型，都有着抓住主要矛盾、忽略次要矛盾，都有着去繁就简的思维过程，这是一种科学研究的思维方法。我们有理由让学生认识并且把这种思维方式复制到其他方面。

2、物理模型教学有助于提高学生对知识的理解

物理学知识深奥难懂，它不像历史等文科，只需用简单的思维就能学好。物理学科需要很强的数学思维能力，如几何的，代数的。所以，应用模型教学有助于把知识化繁为简，这也是模型的最重要的特质。如火箭的发射，可以运用碰撞的问题模型，然后运用动量守恒定律求解。也就是说，模型既是学习的内容，也是更好学习物理知识的手段。

3、物理模型教学有助于提高学生解决实际问题的能力

物理是高中最难学的学科之一，难学在于它本身的知识网络大、深奥难懂，比如动量定理、动量守恒定律；难学也在于它放在实际的情景中，需要思考如何审题、如何找到解决问题的思路，这也是学生常说的“一听就懂，一做就蒙”根本原因；难学还在它不是独立的，而是与数学紧密联系在一起的，比如各种几何图形的规律、计算方程组等，可以说，没有好数学的基础，物理是很难拿高分的。

物理模型可以脱离实际问题，把情境抽象成一种熟悉的模型，比如炮弹的运动与带电粒子垂直于电场方向的运动都可以抽象成抛体运动模型，运用抛体运动的规律求解。这些看似复杂的情景看成某个模型，简化了问题，从而提高了解决实际问题的能力。甚至这种能力还会拓展到思维品质上，使学生养成实事求是的科学态度。

四、如何构建物理模型？

下面以构建圆周运动的过程模型来说明构建的方法与步骤：

1、教学目标分析

在自然状态下运动的物体也会随着外界条件的变化，不断改变运动状态，在解决实际问题时，如果不进行基本假设并建立物理模型是不可能得到可靠结果的。举例如汽车在圆形弯道上行驶时属于圆周运动，运动过程中汽车在弯道上行驶所需的向心力超过最大静摩擦力时，汽车就会偏离运行轨道。在分析这个问题时就要建立圆周运动的过程模型，通过对比力的大小来处理实际问题。

2、情境创设

汽车在道路上行驶时遇到紧急情况，采用何种方式能够更好地避免或降低车祸。例如假设汽车的最大静摩擦力等于滑动摩擦力，当汽车执行遇到突发状况是急转弯还是急刹车？

3、构建理想化模型

上述情境中，汽车遇到紧急状况时不论采用哪种处理方式都是要尽可能的避免事故的发生，或减少事故造成的危害。但建立物理模型时需要采用不同的理论分析，这就要求学生分析两种措施的运动规律，满足了什么条件。急转弯汽车做圆周运动，静摩擦力提供向心力，当圆周运动半径小于前方的障碍物时，不会发生交通事故，这时可以通过建立圆周运动模型来分析；急刹车则是在滑动摩擦力下做减速直线运动，当到达前方障碍物时速度为零时，不会发生交通事故，这时可以通过假设建立匀变速直线运动模型进行分析。

4、解答

急转弯时匀速圆周运动的向心力由静摩擦力提供， ,圆周运动的最小半径为： ，也就是大于这个半径又不撞到物体都是可以的。

急刹车时假设汽车做匀减速直线运动，受到阻力恒定，则： ,其加速度为： ,汽车的行驶距离为： ,也就是说当行驶距离小于障碍物距离时，汽车是安全的。

以上就是我总结的物理模型在教学中的运用，希望自己以课题研究为契机，好好学习模型教学，不断提高教学的水平。