物理模型思维方法的认识、理解和运用

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1、物理模型思维方法的认识、理解和运用罗兆华（遂昌中学，浙江丽水323300）进入二十一世纪，新课程改革更加关注学生的发展，课程目标注重提高全体学生的科学素养，从知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观三个方面培养学生。而“模型”的思维方法是物理学研究的基本方法，也是学生解决实际问题的重要途径，是中学生学习物理课程必须要涉及和掌握的重要方法。中学生解决物理问题的过程，就是正确选用物理模型，运用物理模型的过程。所以，教师在高中物理教学中，一定要重视物理模型思维方法的教学，提高学生建立物理模型、运用物理模型

2、的能力。本文结合自己的教学实践，谈谈如何在教学中培养学生运用模型解决问题的能力，与同行们交流。1认识物理模型思维方法是物理学的基本方法《普通高中物理课程标准（实验）》要求：通过物理概念和规律的学习过程，了解物理学的研究方法，认识物理实验、物理模型和数学工具在物理学发展过程中的作用。课程标准把物理模型提高到了与物理实验、数学工具同样的高度，充分肯定了物理模型思维方法在物理学发展中的重要地位。物理模型的思维方法是物理学研究的基本方法。自然界中物质的运动是复杂的，受许多因素的影响，为了更好地抓住事物的本质

3、，需要把复杂、具体的事物用简单、抽象的模型来代替，以突出主要矛盾，舍去次要矛盾，使具体问题抽象化、复杂问题简单化而易于研究。如果不分主次，把所有的因素都考虑在内，就难以进行研究，找出其规律。比如，研究地面附近小球由静止下落的运动。小球下落时，影响小球下落的因素很多——首先是重力，根据万有引力定律，它随高度的变化而变化；其次是空气阻力，它与小球的形状、大小和下落速度有关，也将不断地变化；其它还有风速、地球自转等的影响，都综合考虑，就会使研究变得十分困难，而实际上也没有必要。因为在事物的发展过程中，有许

4、多的矛盾存在，但其中必有一种是主要的矛盾，由于它的存在和发展，规定或影响着其它矛盾的存在和发展。在小球下落的运动中，重力的作用是主要的，且高度变化不大，可认为重力是恒定的。当小球下落速度不大，我们可以不计空气阻力的作用，也不考虑地球自转等的影响，这样就可以将复杂的问题简单化，小球下落的运动看作是只受恒定重力作用的运动——自由落体运动。这就是一个模型化的物理过程，伽利略正是运用这个模型，总结出自由落体运动的规律。物理学中总结出的规律，实质上都是物理模型的运动规律。对于具体物理过程，则可以在建立模型解决

5、主要问题之后，再根据实际问题与物理模型之间的差别对结果加以修正。气体的状态变化遵循一定的规律。如一定质量的气体，保持温度不变，其压强与体积成反比。但随着气体温度降低、压强增大，实际测量的结果与定律描述的结果差别就越来越大。为了研究方便，物理学引入了理想化模型——“理想气体”，使得气体状态变化规律的描述更加简单、明了、和谐。且在常温、常压下，实际的气体如氢气、氧气、氮气、空气都很好地遵循气体实验定律，这是物理模型思维方法的巨大成功。2理解物理模型思维方法的基本特点物理模型是对研究对象进行科学抽象得出来

6、的理想化模型。中学物理涉及的物理模型主要有以下三种：对象模型。即把物理问题的研究对象模型化，如：质点、点光源、点电荷、原子模型等。上述“理想气体”就属于对象模型。过程模型。即把研究的物理现象的实际运动过程进行近似处理，排除其在实际运动过程中的一些次要因素的干扰，使之成为理想的典型过程。如“匀速直线运动”、“匀速圆周运动”、“自由落体运动”等。条件模型。即排除物体所处外部条件的次要因素，突出主要方面。如“接触面光滑”、“绝热”等。物理模型及其模型思维方法有其自身的特点，认识它的特点，有助于掌握物理概念

7、和规律，掌握模型思维方法，提高科学素养：同一物体，因研究问题不同可抽象为不同的模型。比如，同是放在斜面上的一个物体，在研究物体沿斜面滑动（平动）时，把它抽象为质点模型；在研究物体是否会翻转时，就应把它抽象为刚体模型。条件变化，主要因素和次要因素会发生转化。在研究物理问题中，突出主要矛盾，摒弃次要因素，而建立了物理模型。但是当某些条件发生变化时，次要因素又会转化为主要因素，使得原有模型失效，应用物理规律出现较大的偏差，所以模型以及与模型化的物理过程相关的规律都有一定的适用范围。如库仑定律是建立在“点电

8、荷”模型基础上的。当两个带电体非常接近时，“点电荷”条件不能成立，就不能应用库仑定律，否则就会推出静电力无穷大的荒谬结论。在通常情况下，气体分子之间的距离远大于分子直径，略去分子本身大小，而抽象出“理想气体”模型。在压强不太大，温度不太低的条件下，应用理想气体状态方程解决实际气体的问题，误差很小，是可行的。但在高压、低温的条件下，气体密度增大，气体分子的体积与气体分子运动所占据的空间可比拟时，理想气体与实际气体相差甚远，这时将气态方程应用于实际气体，就没有意义了。物理