构建物理模型培养学生解题能力.doc

构建物理模型，培养学生解题能力城东中学物理组：何丽梅学习高中物理，从某一角度理解，就是学生建立物理模型、应用物理模型 的过程然而在高中的物理教学过程小发现,很多学生到了高三年血对物理题H, 还是束手无策，不知该如何下手所以学生在学习过程中普遍都认为物理难而 分析原因主要是学牛在学习过程中，没有撑握如何根据物理情境建立物理模型的 能力学习并正确运用物理模型可以使学生将复杂的物理问题简单化、理想化，使 抽象的物理问题更直观、具体，突出了事物间的主要矛盾正确使用物理模型对 学生的理解能力、分析能力、运用所学物理知识解决实际问题能力的提高起着至 关重要的作用学生在解决问题（尤其是复杂的物理问题）吋，若能够将所学物 理模型止确的应用到问题中，问题将迎刃而解对高中学生来说能不能撑握建立并运用物理模型至关重要所以在高一教学 111就应该开始对学生加以培养一、在教学过程中首先让学生了解模型的内涵：模型是物理学研究的最基本 单元，为了抓住事物的主要矛盾，透过现象看本质，在物理学研究中，通常把实 际问题理想化高中物理主要是学习应用模型方法来解决物理问题物理学中的理想模型可以分为四类：对象模型、结构模型、过程模型和环境 模型。

为了研究问题起见，物理学把实际的研究对象理想化，看成理想对象模型; 或都把实际的物质结构理想化，当成理想结构模型；或者把实际的物理过程理想 化，看作理想过程模型；或者把实际的的环境理想化，半作理想的环境模型1、研究对象模型化物理教学中的某些客观物体，如质点：舍去物体的形 状、大小、转动等次要因素，突出它的空间位置和质量等主要因素，用一有质量 的点来描述，这就是对实际物体的简化当物体本身的大小在所研究的问题小可 以忽略，也能半作质点来处理类似质点的客观实体还有刚体、点电荷、薄透镜、 弹簧振子、单摆、理想气体、理想电流表、理想电压表等2、 研究对彖所处的环境模型化为研究带电粒子在电场、磁场中运动时， 粒子所受的重力远小于屯场力、洛仑兹力，可以忽略粒子重力的作用，使问题得 到简化力学中的光滑面；热学中的绝热容器、电学中的匀强电场、匀强磁场等 等，都是把物体所处的环境理想3、 物理状态和物理过程的模型化力学中的自由落体运动、匀速直线运动、 简谐运动、弹性碰撞；电学中的恒定电流、等幅振荡；热学小的等温变化、等容 变化、等圧变化等是物理过程和物理状态的模型化4、 理想化实验在物理实验的基础上，抓住主要矛盾，忽略次要矛盾，把 实际过程理想化，找出其规律。

5、 物理中的数学模型物理学在建立物理模型的同时，也在不断地建立表 现物理状态及物理过程规律的数学模型由于物理模型是客观问题的一种简化， 以物理模型为描述对象的数学模型，也只能是客观问题简化后的定量描述例如, 在研究牛顿第二定律建立的过程中，外力一定时加速度和质量的关系吋，认为小 车受到的拉力等于砂和砂桶的重力；其实，小车受到的拉力不等于砂和砂桶的总 重力只有砂和砂桶的总质量远小于小车和麻码的总质量时，才可近似地取砂和 砂桶的总重力为小车所受的拉力，这是简化计算的一种数学模型单摆作简谐运 动时，为什么要求摆角小于5度？这是因为只有在这种情形下，单摆的回复力才 近似与位移成正比，才满足简谐运动的条件二、在平时教学中应让学生了解构建物理模型的重要性物理教学过程中，注 意培训学生构建物理模型的意识，不仅是因为构建物理模型是解答物理习题的关 键，更重要的是在教学中通过构建物理模型教给学生学习物理的思想方法，培养 学生的创新意识和发现问题、解决问题的能力，要让学生明确建模的重要性，在 教学中应有意识地渗透建模在科学发展史中的作用而学习高中物理，从某一角 度理解，就是学生建立物理模型、应用物理模型的过程。

物理模型的应用过程主 要有以下几个环节：首先，建立模型概念，理解物理概念概念是客观事物的本质在人脑中的反 映，客观事物的本质属性是抽象的、理性的要想使客观事物在人脑中有深刻的 反映，必须将它与人脑中已有的事物联系起来，使Z形彖化、具体化物理模型 人都是以理想化模型为对象建立起来的建立概念模型实际上是忽略与问题无 关、对问题影响很小的次要因索，抓住主要因索，认清问题的本质，利用理想化 的概念模型解决实际问题其次，认清环境模型，突出主要孑盾环境模型就是将研究对象所处的物理 模型化，舍去环境中的次要因素，抓住条件中的主要因素，为问题的讨论和求解 起到化难为易的作用例如，我们在研究两个物体碰扌童时，因作用时间很短，忽 略了作用过程中物体的位移、所受摩擦力等，认为系统的总动量保持不变然后，构造物理过程模型，建立物理情景过程模型就是将物理过程模型化, 将复杂的物理过程经过分解为几个简单的、易于理解的物理过程例如，为了研 究平抛物体的运动规律，我们先将问题简化为下列两个过程：1•质点在水平方向 不受外力，做匀速直线运动；2.质点在竖直方向仅受重力作用，初速度为零，做 自由落体运动可见，过程模型的建立，不但可以使问题得到简化，还可以加深 学生对物理规律的理解。

最后，转换物理模型，深入理解物理模型通过把实际问题理想化，可以 忽略各种次要因索的干扰，直接深入到问题的本质，准确地认识问题的性质和规 律如，建立起“单摆”这一理想化模型后，理解了单摆的周期公式，可以解决 单摆的一系列问题：在竖直的光滑圆弧轨道内作小幅度运动的小球的吋间问题； 在竖直的加速升降机内摆动的小球的时间问题三、运用物理模型解题的基本程序为：1、 通过审题，摄取题冃信息如：物理现象、物理事实、物理情景、物理状 态、物理过程等2、 弄清题给信息的诸因素中什么是主要因素3、 寻找与已有信息（熟悉的知识、方法、模型）的相似、相近或联系，通 过类比联想或抽象概括、或逻辑推理、或原型启发，建立起新的物理模型，将新 情景问题转化为常规问题4、选择相关的物理规律求解四、实例应用一跳水运动员从离水面10m高的平台上向上跃起，举 双臂直体离开台面，此吋其重心位于从手到脚全长的中 点、,跃起后重心升高0.45m达到最高点，落水吋身体竖 直，手先入水（在此过程中运动员水平方向的运动忽略 不计）从离开跳台到手触水面，他可用于完成空中动作 的吋间是 So （计算吋，可以把运动员看作全部质量集小在重心的一个质点，g取10m/s2,结果保留二位数）解析:运动员的跳水过程是一个很复杂的过程，主要是竖直方向的上下运动, 但也有水平方向的运动，更有运动员做的各种动作。

构建运动模型，应抓主要因 素现在要讨论的是运动员在空中的运动时间，这个时间从根本上讲与运动员所 作的各种动作以及水平运动无关，应由竖直运动决定，因此忽略运动员的动作， 把运动员半成-个质点，同吋忽略他的水平运动半然，这两点题FI都作了说明, 所以一定程度上“建模”的要求已经有所降低，但我们应该理解这样处理的原因 这样，我们把问题提炼成了质点作竖直上抛运动的物理模型在定性地把握住物理模型之后，应把这个模型细化，使之更清晰可画出如 图1所示的示意图由图可知，运动员作竖直上抛运动，上升高度力，即题中的 0. 45m；从最高点下降到手触到水面，下降的高度为〃，由图中〃、h. 10m三者 的关系可知洋10. 45m2x10.45从最高点下落至手触水而，所需的时间为:由于初速未知，所以应分段处理该运动运动员跃起上升的吋间为:所以运动员在空中用于完成动作的时间约为："=l・7s。