物理模型

物理模型（共8篇）

物理模型篇1

一、物理模型的定义和教学意义

物理模型是指在进行物理科研或教学的过程，采用适当的方法对抽象的物理理论做简化处理，用一种能反应物质(现象)本质的理想化结构去描述实际的物质(现象)，这种理想化结构我们称之为“理想模型”[1]。因此，在高中物理的教学过程中，通过“物理模型”的建立，来帮助学生对物理知识产生更深刻的理解，不仅非常有利于更好学习物理这一门学科，还更有利于培养其创造性思维，对于物理教师来讲，也是提高物理教学质量不可多的的方法。

二、高中物理模型的建立方法

(一)围绕教学目标，精炼物理模型

建立物理模型最终是为教学目标服务的，而不是用来供学生观赏的一般艺术品。所以高中物理模型务必做到精炼，尽管一些旁枝末节的部分可能在客观上也是研究和学习对象本身的一部分，但之于本教学目标，并不能够起到促使学生认识物理现象本质的作用，物理教师应该在建立物理模型的时候删去这些不必要的环节，以更简单明了的形式，集中突出教学目标要求的知识范围即可。这样做的理由就在于，过于花俏的物理模型容易使学生的注意力偏移教学的主要目标，物理模型也就失去了本来意义。

(二)围绕本质理论，发掘模型作用

物理是一门基础的自然学科，所以从物理模型的定义来说，高中物理教学的终极目标是要帮助学生通过各种物理的现象去认识其本质，充分发掘物理模型的作用，让学生透彻理解事物或现象之间的关联因素和发生发展规律，加深对物理本质理论的理解，而不是仅仅停留在模型教学的表面现象。从这个意义层面来看，物理的模型教育如果不围绕本质理论，就可能会仅仅落个课堂上的三分钟热闹，而对学生的物理学习几乎帮助很小。

(三)围绕物理规律，避免失败模型

根据高中物理教学内容的不同，教师在建立物理模型的时候，应当做到有所侧重。比如某些物理模型，正如方法一所介绍的那样，应当突出体现事物或现象的主要因素;又比如某些物理模型，主要是针对某些常见且相对容易理解的物理现象，所以建立的物理模型也只需适当的模拟描述即可。但归根结底，无论建立什么样的物理模型，其依据必须是科学的，如果脱离了科学真理，就会成为一个失败的物理模型，不能用之于高中的物理教学。

三、高中物理模型在教学中的应用

(一)以概念模型强化概念理解

人们通过对客观事物或现象的观察，进一步产生主观的认知，反映到大脑里面，便形成了一般性的概念意识。和人所亲眼见到的事物或现象不一样的是，概念通常是对其本质属性进行理性化和抽象化加工处理后的存在，概念的正确和深刻与否，取决于和人脑中已有储存信息的关联程度[2]。而在高中的物理教学中，物理模型的建立一般也都是以概念为出发点，对教学中的物理理论建立理想化模型，撇开对研究对象不大或可忽略不计的影响，抓住主因，如此就更能够强化对其概念的理解。比如在气体和电荷相关的教学过程中，在学生很难理解其实质的情况下，一旦建立了理想气体和点电荷这样的概念模型，就可以提供给学生一种很非常有效的思维方式，理解也变的容易了许多。

(二)抓主要因素建立整体模型

整体模型就是把发生作用的关联物体当成一个整体的研究对象，抓住作用于整体的主要因素，而忽略单个对象某些局部次要的个因，从而把表面看似复杂的问题简单化。比如在动量守恒定律的教学中，我们在探讨两个物体发生碰撞的时候，就可以把两物体看成统一的整体，而把存在于个体的次要作用力如摩擦力忽略掉。建立整体模型，可大大简化多系统关联的物理现象。

(三)多角度考察建立分解模型

从某种意义上来说，针对不同的物理知识教学，分解模型与上面介绍的整体模型绝对不存在矛盾，而是说要具体问题具体分析，两种方法的运用应该是各得其所，相辅相成的关系。具体来说，分解模型就是把复杂的物理过程，进行多角度考察，将其整体发生发展过程从各个方向来逐一解读，从而化整为零，再以零求整，实现对整体现象的理解。举一个简单的例子就是平抛运动：在水平方向，由于惯性的`作用，物体保持继续向前运动，在竖直方向，由于重力，物体表现为自由落体状态，综合起来，物体呈现的运动轨迹为曲线。通过建立分解模型，不仅使学生把难以理解的过程细化，而且更能培养其多角度思考问题的能力。

(四)用关联过程建立等效模型

等效模型往往是以概念模型为基础的，是通过对现象本质的认知，从而把两个看似不同的物理过程相互关联，其实他们在本质是都是基于同一物理规律或定律，所以，可以把表面复杂的物理现象或过程转化为已知相对简单的模型去理解。例如，在圆弧形光滑的轨道内做周期滚动的球体，通过关联后，我们就完全可以把它建立成与之等效的单摆模型。

(五)将学科交叉建立数学模型

其实这点是毋庸置疑的，长期以来，数学方法都是进行物理研究的常用工具之一，甚至可以说，数学方法在一定程度上支持着物理研究的发展[3]。所以在高中的物理教学中，通过建立数学模型，不仅有利于帮助学生分析物理现象，更有利于培养他们善于用数学方法来解决物理问题，特别是以后有可能从事物理理论研究工作的话，这样的方法尤为重要，所以有必要从高中的物理教学工作中就逐渐渗透此方面的意识。

四、结语

物理模型篇2

一、正确认知物理模型

模型是按照实物制作的简化的样品，模型不是实物，但是模型必须在一定程度上反映实物。最常见的模型是在几何比例上与实物一致。

物理模型是心理构造物，是曾经作用于人的事物在头脑中留下的形象，它的建立是由感知到思维过渡的必要环节。这种模型不是个别事物的形象，而是反映事物一般物理关系本质的简化的一般表象。它是以视觉为主，不仅是立体的而且是变化的，也就是说是四维的，在心理活动中可以被操作，可以在想象中对它们进行观察、测量和实验。

二、物理模型在中学物理教学中的作用

正确建立和使用物理模型是理解和接受中学物理知识的一项必备能力。例如，我们在运动学中建立了“质点”模型，只有你对这一模型有了充分的认识和足够的理解，才能为以后学习质点的运动、万有引力定律、物体的平动和转动，以及电学中的“点电荷”模型，光学中的“点光源”模型等奠定良好的基础，学习这些新知识时容易理解和接受。

正确建立和使用物理模型有利于将复杂问题简单化、明了化，使抽象的物理问题更直观、具体、形象、鲜明，突出事物间的主要矛盾。

正确建立和使用物理模型对思维发展、解题能力的提高起着重要的作用。这样可以把复杂隐含的问题化繁为简、化难为易，起到事半功倍的效果。

三、中学物理中常见的物理模型

物理模型是物理思想的产物，是科学地进行物理思维并从事物理研究的一种方法。中学物理中常见的物理模型可归纳如下。

1. 物理对象模型化。

物理中的某些客观实体，如质点，舍去物体的形状、大小、转动等性能，突出它所处的位置和质量的特性，用一有质量的点来描绘，这是对实际物体的简化。如果物体本身的大小在所研究的问题中可以忽略，也能当作质点来处理。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. 物体所处的条件模型化。

当研究带电粒子在电场中运动时，因粒子所受的重力远小于电场力，可以舍去重力的作用，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，都是把物体所处的条件理想化了。

3. 物理状态和物理过程的模型化。

例如，力学中的自由落体运动、匀速直线运动、简谐运动、弹性碰撞，电学中的稳恒电流、等幅振荡，热学中的等温变化、等容变化、等压变化等都是物理过程和物理状态的模型化。

4. 理想化实验。

在实验的基础上，教师应抓住主要矛盾，忽略次要矛盾，根据逻辑推理法则，对过程进一步分析、推理，找出其规律。例如，伽利略的理想实验为牛顿第一定律的产生奠定了基础。

5. 物理中的数学模型。

客观世界的一切规律原则上都可以在数学中找到它们的表现形式。在建造物理模型的同时，我们也在不断地建造表现物理状态，以及物理过程规律的数学模型。当然，由于物理模型是客观实体的一种近似，以物理模型为描述对象的数学模型，也只能是客观实体的近似的定量描述。例如，在研究外力一定时加速度和质量的关系实验中，一般认为小车受到的拉力等于砂和砂桶的重力，其实，小车受到的拉力不正好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砝码的总质量时，才可近似地取砂和砂桶的总重力为小车所受的拉力，这是我们采取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10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。

四、正确构建物理模型

正确构建物理模型是学习和解决物理问题的前提和关键，也是将所谓的“难题”转化为常规问题的重要途径。正确构建物理模型的途径较多，有通过摄取信息构建物理模型，紧扣关键词句构建物理模型，探究物理实质构建物理模型，探究问题的本质特征构建物理模型，探究隐含条件构建物理模型，通过类比等效的思维方法构建物理模型，等等。基本方法如下。

1. 通过审题，摄取题目信息。

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(某种知识、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“难题”转化为常规命题。

五、物理模型在中学物理学习过程中的运用途径

1. 建立模型概念，理解概念实质。

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，使之形象化、具体化。物理模型大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撇开与当前考察无关的因素，以及对当前考察影响很小的次要因素，抓住主要因素，认清事物的本质，利用理想化的概念模型解决实际问题，如质点、刚体、理想气体、点电荷等。学生在理解这些概念时，很难把握其实质，而建立概念模型则是一种有效的思维方式。

2. 认清条件模型，突出主要矛盾。

条件模型就是将已知的物理条件模型化，舍去条件中的次要因素，抓住条件中的主要因素，为问题的讨论和求解起到搭桥铺路、化难为易的作用。例如，我们在研究两个物体碰撞时，因作用时间很短，忽略摩擦等阻力，认为系统的总动量保持不变。条件模型的建立，能使我们研究的问题得到很大的简化。

3. 结合模型构造情境模型，建立物理图境。

情境模型就是将物理过程模型化，将一些复杂的物理过程经过分解、简化，抽象为简单的、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：第一，质点在水平方向不受外力，做匀速直线运动;第二，质点在竖直方向仅受重力作用，做自由落体运动。可见，情境模型的建立，不但可以使问题得到简化，而且可以加深对有关概念、规律的理解，有利于培养个体思维的灵活性。

4. 转换物理模型，深入理解模型。

通过对理想化模型的研究，我们可以完全避开各种因素的干扰，在思维中直接与研究对象的本质接触，能既快又准确地了解事物的性质和规律。例如，建立起“单摆”这一理想化模型后，理解了单摆的周期公式，可以解决类似于单摆的一系列问题，在竖直的光滑圆弧轨道内作小幅度滚动的小球的周期问题;在竖直的加速系统内摆动的小球的周期问题，在光滑斜面上摆动的小球的周期问题。

5. 物理模型向数学模型的转化。

建立物理模型后，分析与主要因素有关的基本物理量中，哪些是常量，哪些是变量;哪些是矢量，哪些是标量;哪些是过程量，哪些是状态量;哪些是已知量，哪些是待求量。再根据物理规律找出各物理量之间的关系式，抽象出研究对象的数学模型。

六、使用模型应注意的问题

1. 模型是在一定条件下适用的。

建立物理模型，可使问题的处理大为简化而又不会发生大的偏差。在现实世界中，有许多事物与这种“理想模型”十分接近，在一定场合、一定条件下，作为一种近似，可以把实际事物当作“理想模型”来处理，但也要具体问题具体分析。例如，在研究地球绕太阳公转运动的时候，由于地球与太阳的平均距离(约14960万千米)比地球半径(约6370千米)大得多，地球上各点相对于太阳的运动可以看作是相同的，即地球的形状、大小可以忽略不计，这样就可以把地球当作一个“质点”来处理;但在研究地球自转时，地球上各点的转动半径不同，地球的形状、大小不可以忽略，不能把地球当作一个“质点”来处理。

2. 物理模型是在不断完善发展的。

随着社会的不断进步，人类对事物的本质的认识也是不断深入和提高的，物理模型也相应地由初级向高级发展并不断完善。例如，原子模型的提出就是一个不断完善的过程。起初，人们认为原子是不可分的，其英文名称atom的原义，即“不可分割”。直到1897年汤姆生通过阴极射线实验发现电子，揭开了原子结构的序幕，汤姆生认为：原子是一个球体，正电荷均匀分布在球内，电子像枣糕里的枣子那样镶嵌在原子里，这就是汤姆生的“枣糕式”原子模型，此模型能说明原子是中性的，并能说明辐射电磁波形成原子光谱，但解释不了α粒子散射现象。卢瑟福进行了α粒子散射实验，他认为：在原子的中心有一个很小的核，叫原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间绕核旋转，这就是卢瑟福的“原子核式结构”模型，此模型可以解释α粒子散射实验，还可以估算出原子核的大小，但与经典电磁理论产生了两个矛盾。玻尔为了解决上述矛盾，提出了原子的“轨道量子化”模型，这种模型的内容是三条假设，即能级假设、跃迁假设、轨道假设。

总之，由于客观事物具有多样性，它们的运动规律往往是非常复杂的，我们不可能一下子把它们认识清楚。而采用理想化的客体(即物理模型)来代替实在的客体，就可以使事物的规律具有比较简单的形式，从而便于去认识和掌握它们。建立正确的物理模型可使我们对物理本质的理解更加细致深入，对物理问题的分析更加清晰明了。

参考文献

[1]费宏.“题海”解脱的有效途径——构建物理问题模型.物理教学探讨, 2008, (05) .

[2]陈宗造.构建数学模型解决物理问题.物理教学探讨, 2007, (15) .

[3]周剑梅.物理教学中建立模型的能力培养.楚雄师范学院学报, 2006, (12) .

[4]章彩旺.构建物理模型创新解题思路.商情·科学教育家, 2008, (03) .

[5]龙立勇.浅谈物理模型的构建与物理思维的培养.中国校外教育 (理论) , 2008, (z1) .

高中物理中的物理模型教学篇3

关键词：物理；模型；教学

中图分类号：G632 文献标识码：B 文章编号：1002-7661（2014）09-223-01

高中物理常见的模型有：1.对象模型。2.条件模型。3过程模型。4.结论模型。建立正确鲜明的物理模型本身就是重要的物理内容之一，它与相应的物理概念、规律现象相依托，它是物理教学的重要方法和有力的手段之一。同时了解物理模型的迁移和转化，对于物理逻辑的培养和学习能力的提高具有深远的影响，那么，在高中物理教学过程中，如何利用好出现的物理模型问题进行教学呢？

一、利用物理模型强化对物理知识的理解

在高中物理的学习中有很多容易混淆的概念和规律，我们如何区分这些知识对与我们理解和运用物理规律解决实际问题就有重要的指导作用。这里就针对力学的中的几种容易混淆的概念模型进行比较。学生通过比较，可以很清晰地区分这些相接近的概念间的差异，在解决问题中有了明确的方向，提高了学习效率。

二、利用典型物理模型促进物理知识的学习

1、典型物理模型的学习。在教学中设计对比实验，观察并分析实验现象，逐步建立模型。

先让学生观察下列对比实验：

（1）、两个质量不同，但摆长振幅相同的单摆振动。

（2）、两个摆长相同，但振幅不同（摆角都小于5度）的单摆的振动。

（3）、两个摆长不同的单摆的振动。

通过这一组演示实验激发学生学习探究兴趣，形成对单摆这一理想模型的初步认识。进而展开对物理现象的分析：

（1）、实验器材：轻质绳（不可伸长）、小重球（密度大）；

（2）、实验的条件：小摆角（小于5度）；

（3）、实验的结论：等时性（来回摆一次时间相等）。

深入分析（运用抽象、近似等方法）可以得出单摆周期T与摆长周期的关系，使单摆模型的物理表面与本质特征统一起来。

2、典型物理模型的迁移。在物理学习中，不仅要学习一些典型的物理模型，而且要巩固发展物理模型，将其放在一个更复杂的新环境中去加以应用，促进物理学习能力的提升。举例说明：

竖直平面内有一半径为R的光滑圆弧轨道，a、b两小球分别置于轨道圆心O点和离轨道底A点很近的B点处，将它们同时由静止释放，忽略空气阻力，问谁先到达A点？（此题求解的关键是对两小球建立物理模型。）

分析如下：

首先，“小球”是一模糊语言，但从题目分析来看，可将球a、b大小忽略，抽象为质点模型。其次，由“静止释放”、“忽略空气阻力”、“A点很近的b点处”、“光滑轨道”等描述。可将a球运动转化为自由落体运动模型，而b球的运动转化为单摆模型（联想到光滑轨道对小球b支持力N相当于单摆运动过程中摆线对摆球的拉力）。最后，对两小球分别运用自由落体运动规律和简谐运动规律进行求解。

对典型物理模型的学习和迁移可以使我们在解决问题时能够迅速抓住问题的核心，对于我们学习物理有很大的帮助。

三、利用重要物理模型提高物理知识的学习能力

1、质量柱体微元模型

对于速度为v定向流动的密度为ρ的连续流体，可在v方向选取一横截面积为S的柱体微元，则在Δt时间内通过S截面的流体质量即为以vΔt为高、以S为底的柱体微元的质量，柱体微元质量表达式为：Δm=ρSvΔt。

举例说明：人的心脏每跳一次大约输送8ml的血液，正常人血压（可看作心脏压送血液的压强）的平均值约为1.5×10Pa，心跳约每分钟70次。据此估测心脏的平均功率约为多少瓦？

分析如下：对该问题的解决不能只停留在原有的情景上，而应将问题转换成我们熟悉的问题来解决，即通过认真读题后，把实际问题加工改造成相关的物理模型来处理。将心脏每跳动一次输送的那部分血液视为一长为L，横截面积为S的液柱。血液柱受到心脏的推力为F，每次心脏推动液柱前进的位移为L。由压强公式P=FS可知，心脏每跳动一次，推动血液做的功为：W=FL=pSL=pV其中V为心脏跳动一次输送血液的体积。因心脏每分钟跳动n=70次，故心脏的平均功率应为：P=nW/t=70W/t=1.4W。

2、电荷柱体微元模型

类似于质量柱体微元的建立，对于速度v定向连续移动的电荷，也可以在v方向选取一横截面积为S的柱体微元，则Δt时间内通过S截面的电量即为以vΔt为高、S为底面积的柱体微元中的电荷的电量。柱体微元电荷表达式为：

ΔQ=neSvΔt。其中n为单位体积中的自由电子数，e为电子电量。

对于重要的物理模型，我们在教学过程中要让学生理解透彻，同时逐渐学会将实际问题转化为物理模型的本领，从而提高学习能力。

在高中物理教学中运用物理模型教学法，对于学生学习物理知识具有很大的指导作用，具体体现在以下几个方面。

1、有利于学生形成清晰的物理概念。物理概念中有相当一部分是以模型的形式出现（概念模型），它们是物理现象和事实抽象出来的，用来表征物质属性和描述物质运动状态的。学生对物理模型这个科学方法的精髓是否领会，直接影响他对有关概念的理解、掌握和运用，影响对物理知识整个大厦的构建，因为概念是构建这个大厦的基石。

2、有利学生对物理规律的正确理解。物理规律的教学过程实质上是帮助学生学习物理模型，运用物理模型，有助于学生对物理规律的深刻理解，有利于学生对物理意义领会，准确把握物理规律的成立条件和适用范围。

3、有利于学生解决实际问题。每一个具体的物理问题所描述的物理现象或过程都对应着一定的物理模型，要解决问题必须要对对象进行抽象简化和近似处理，以建立起一个合适的物理模型，若模型建立起来了，就等于已经揭开了掩盖着物理现象和过程本质的面纱，必要时再用等效、类比等方法将问题进行异形处理（异化构建模型），问题就迎刃而解了。

物理模型篇4

内容提要：近几年物理高考题中，部分考试题型的物理情景设计是中学物理教学中常见模型，但更多的考试题型是创设了新的物理情景。这些新情景题型源于生产生活实际素材，源于实验所取得数据。学生遇到这类题型，往往不知道如何着手，不懂得从什么方向思考问题，不知道如何运用物理概念和规律。究其原因是学生缺乏把物理问题转化为物理模型建构的能力。本文针对这个问题阐述了物理模型建构的意义，学习物理模型时归纳成基本物理模型方阵以及物理模型建构与应用，具有一定的学术价值和实际意义。关键词：物理模型基本物理模型物理模型建构、物理模型应用

一、物理模型建构的意义

物理学研究的对象遍及整个物质世界，大至天体，小至基本粒子，无奇不有，无处不在。面对物质纷繁复杂、形形色色的运动，如果不采取突出主要矛盾，忽略次要矛盾的辩证方法，人们很难摆脱浩如烟海、纷乱繁杂的物理现象的纠缠，理不清道不明物理概念和物理规律，物理理论的大厦将无法建成。物理学大厦是建立在无数物理模型建构的基础上，经无数科学家不懈努力建立起来的。中学生学习物理的过程就是在各自的心中利用物理模型重建物理大厦的过程。

学生在学习过程中更重要的是掌握物理学研究的方法，而物理学的研究方法之一就是把物体、物体的运动理想化、抽象化，建立起相应的物理模型。如：忽略物体的具体形状、大小，把物体看作具有质量的几何点的质点和物体在自由下落时忽略空气等阻力，认为物体只受重力的自由落体运动。

学生在分析和解答物理过程中，就是识别和还原，开发和利用物理模型的过程。在研究和解决物理问题时，不懂得通过科学的抽象，剔粗取精、去伪存真，就不能建立正确的物理模型；不清楚物理模型的相对性和适应条件，不会识别形异而质同或形同而质异的问题，就不能识别和还原物理模型；在解决复杂问题时，不会将复杂的问题等效若干简单问题，就不能开发和利用物理模型。如果不会识别和还原、开发和利用物理模型，在遇到新情景的问题时将寸步难行。

把物理知识应用到实践中，就是理论和实际相结合，在头脑中进行物理模型建构或直接做成实物模型的过程。如果人们在应用知识解决实际问题时，缺乏解决问题的方案转化为模型的能力，那人们一身中所学知识是将毫无意义的。

二、学习最基本的物理模型构成基本模型方阵

中学物理中最基本的物理模型一般分为三类：概念模型，数学模型和理论模型。

概念模型一般是把物质、物质运动或为了描述物质运动进行抽象化的结果，如质点、自由落体、单摆、圆锥摆、弹簧振子、点电荷、理想气体、理想流体、电场线、光线„„。学习这类模型时，要注意学会并掌握抓住主要矛盾，忽略次要矛盾的辩证思维方法；注意概念模型的质是什么，究竟忽略什么次要因素（如自由落体的质是初速度为零，只受重力，忽略一切阻力的运动）；注意概念模型的相对性和适应条件；注意比较易混淆不同概念模型间的质的区别（单摆和圆锥摆的运动平面一个是在竖直平面内运动，另一个是水平面内运动；单摆是把重力沿切线方向分解而圆锥摆是把重力沿水平方向分解）。数学模型一般是反映物质的某种属性、物质运动的过程的规律。客观世界的一切规律原则上 1 都可以在数学中找到他们的规律。物理学在建造物理模型的同时，也在不断的建造表现物理状态及物理过程规律的数学模型（如表达物理概念和物理规律的数学公式、、等）。学习数学模型是应特别注意数学公式的物理意义和适应范围。

理论模型是在物理学的研究和发展过程中，发现一些物理现象与现有的物理学客观规律不相符，为了解释这些现象，人们提出的种种假说或假设（安培说、原子核式结构模型、玻尔氢原子理论、夸克模型等）。学习理论模型是应特别注意学习建构理论模型的指导思想——探知未知世界的种种假设，这种假设的正确与否还要靠实践去检验。学习理论模型的意义在于，我们在解决新情景下的物理问题时，不妨也提出一些假设，通过分析、推理去判断假设是否正确，这就是我们通常所讲的假设法。

在物理教学中，进行物理模型建构的同时，应注意引导学生对物理模型进行归纳小结，建立起物理模型的方阵系统。

三、物理模型建构与应用

物理模型的应用一般可以分为三种类型的应用：一类是应用物理模型能直接解决的简单物理问题；二类是在新的物理情景中，通过简单类比或等效找到与已有的物理模型相匹配的物理问题；三类是学生没有经验过的完全陌生的物理问题，很难通过简单类比形成时空图像直接找到物理模型，而要通过人的思维加工后才能形成时空图像的物理问题。一类问题的是为了学生解决记忆和巩固已经学过的物理模型。二类问题是为了培养学生应用物理模型的一般能力。三类问题才是为了培养学生开发物理模型的创新能力。下面主要谈谈第二类问题和第三类问题。

1、物理模型在新情景问题中的应用

中学物理问题与物理模型有着密切关系，它们一般都是根据物理模型构思、设计出来的。在解题时如果能从新的物理情景中发现物理问题的特点和本质，通过抽象、类比和等效的方法，将陌生的问题回归到与之对应的熟悉的物理模型上去，则会对解题起到事倍功半之效。

[例1]如图1所示，摆长为，质量为m的单摆悬挂在A点，在距离A点处的正下方B点固定一颗小钉。现将单摆摆球向右拉离平衡位置偏角小于50，然后无初速的释放，不计空气阻力，g=10m/s，求单摆由C运动到D所用的时间。

[分析与解]物理问题的情景并不是一个简单的单摆模型，学生不会想到单摆做简谐运动时的周期公式，思维受阻。但如果抓住了题中单摆摆球向右拉离平衡位置偏角小于50的特点时，就会使学生很容易想到单摆做简谐运动时的周期公式，并想象图1中类似为右边是摆长为的单摆，左边是摆长为的单摆，不难求得单摆由C运动到D所用的时间 2。

[例2]边长为 L的正方形导线框水平放置在均匀分布、方向竖直向上、磁感应强度的大小按B=B0sinωt规律变化的磁场中，如图2所示，问线圈中产生的感应电动式的最大值是多大？

[分析与解]若用法拉第电磁感应定律直接求解本题，将要用到高等数学知识，中学生将“无能为力”。但若抓住“磁感应强度的大小按B=B0sinωt规律变化”是产生感应电动势的根本原因，就很容易用等效的观点联想到如图3所示的情景：边长为 L的正方形导线框在感应强度为B0的匀强磁场中绕轴00/由图示位置开始以角速度ω匀速转动，显然这两种情况中通过线框的磁通量都是的规律变化，这样我们就把图2的问题回归到我们熟悉的交流电模型上来，很容易求得感应电动时的最大值为εm=B0ωL2。

[例3]如图4所示，一根轻弹簧竖直的立在水平地面上，下端固定于地面。在弹簧的正上方有一个物块，物块由某高处自由落体到弹簧上端0，将弹簧压缩，弹簧被压缩x0时，物块的速度变为零。从物块与弹簧接触开始，物块的加速度随下降的位移x变化的图象(如图5所示)可能是

[分析与解]本题若直接对物体在0/位置进行受力分析，由牛顿第二定律求加速度a，很难判断加速度是a=g、a>g、ag。因为，弹簧振子当处于两个最大位移的位置时，它们的加速度一定是大小相等、方向相反且为最大值，它们的速度为零。弹簧振子从上最大位移处往下运动到平衡位置的过程中，速度由0达到最大值。因此，只要判断物体在0点的位置是在最大位移位置之上还是最大位移位置之下，由于物体在0点的位置的速度介于0与最大值之间，显见0点的位置是在上面最大位移位置之下，从而判断a>g，选答案D。

2、物理模型的开发应用

物理模型的开发是指解答物理问题中，问题给出的现象、状态、过程及条件并不显而易见，也没有现成的常规的物理模型可直接应用，必须通过细心比较、分析、判断等思维后才能构 3 建新的物理模型。

[例4]如图6，用长为L的铁丝绕成一个总高度为h的等距螺旋线圈，将它竖直的固定在水平桌面上。穿在铁丝上的小球可沿此螺旋线从静止开始无摩擦的自由滑下。求小球从最高点滑到桌面所用的时间？

[分析与解]题中的物理情景虽有弹簧但不是弹簧振子模型。小球沿等距螺旋线无摩擦地盘旋而下的情景设计使学生的思维茫然，无法找到熟悉的已知物理模型。如果我们借助数学的“无限分割法”将螺旋线分割成若干相等长度的小段，每小段的曲线都可以看成直线构成一个微型斜面，如是整个螺旋线就可以等效成若干斜面的组合，从而等距螺旋线圈等效为一个“斜面模型”如图7。由斜面模型及牛顿第二定律、运动学公式得到小球从最高点滑到桌面所用的时间。

[例5](如图8）在无限大的金属板的上方距板d处有一电量为Q正电荷，求金属板表面P点附近的场强的大小（QP垂直于板面）。[分析与解]这是一个按常规的求解思路很难解决的题，P点的场强应为电荷Q与板上感应负电荷在该处产生的场强的叠加，而学生不会计算板上的感应负电荷在P附近产生的场强，也找不到相应的物理模型与之匹配，如果开发一个类似平面镜成像的“镜面对称”的模型，4 即设想在金属板得下方与正电荷Q的位置对称点存在一个负电荷，如图9所示，则P点附近的场强等效为一对正电荷和负电荷所产生的场强的叠加，问题就迎刃而解。由点电荷的场强公式和场的叠加原理得:。

高考物理常考模型及隐含条件篇5

1.绳：只能拉，不能压，即受到拉力时F≠0，受压时F=0.

2.杆：既能拉也能压，即受到拉力.压力时，有F≠0.

3.绳刚要断：此时绳的拉力已经达到最大值，即F=Fmax.

4.光滑：意味着无摩擦力.

5.长导线：意味着长度L可看成无穷大.

6.足够大的平板：意味着平板的面积S可看成无穷大.

7.轻杆.轻绳.轻滑轮：意味着质量m=0.

8.物体刚要离开地面.物体刚要飞离轨道等物体和接触面之间作用力：FN=0.

9.绳恰好被拉直，此时绳中拉力：F=0.

10.物体开始运动.自由释放：表示初速度为0.

11.锤打桩无反弹：碰撞后，锤与桩有共同速度.

12.理想变压器：无功率损耗的变压器.

13.细杆：体积为零，仅有长度.

14.质点：具有质量，但可忽略其大小.形状和内部结构而视为几何点的物体.

15.点电荷：在研究带电体间的相互作用时，如果带电体的大小比它们之间的距离小得多，即可认为分布在带电体上的电荷是集中在一点上的.

16.基本粒子如电子.质子.离子等是不考虑重力的粒子，而带电的质点.液滴.小球等(除说明不考虑重力外)则要考虑重力.

17.“轻绳.弹簧.轻杆”模型：注意三种模型的异同点，常考查直线与圆周运动中三种模型的动力学问题和功能问题.

18.“挂件”模型：考查物体的平衡问题.死结与活结问题，常采用正交分解法，图解法，三角形法则和极值法解题.

19.“追碰”模型：考查运动规律.碰撞规律.临界问题.常通过数学法(函数极值法.图像法等)和物理方法(参照物变换法.守恒法)等解题.

20.“皮带”模型：注意摩擦力的大小和方向.常考查牛顿运动定律.功能关系及摩擦生热等问题.

21.“平抛”模型：物体做平抛运动(或类平抛运动)，考查运动的合成与分解.牛顿运动定律.动能定理等知识.

22.“行星”模型：万有引力提供向心力.注意相关物理量.功能问题.数理问题(圆心.半径.临界问题).

23.“人船”模型：不仅是动量守恒问题中典型的物理模型，也是最重要的力学综合模型之一.通过类比和等效方法，可以使许多动量守恒问题的分析思路和解答步骤变得简捷.

24.“子弹打木块”模型：子弹和木块组成的系统动量守恒，机械能不守恒.系统损失的机械能等于阻力乘以相对位移.

25.“限流与分压器”模型：电路设计中经常遇到.考查串.并联电路规律及闭合电路的欧姆定律.电能.电功率以及实际应用等.

26.“电路的动态变化”模型：考查闭合电路的欧姆定律.

27.“回旋加速器”模型：考查带电粒子在磁场中运动的典型模型.注意加速电场的平行极板接的是交变电压，且它的周期和粒子的运动周期相同.

28.电磁场中的“单杆”模型：导体棒主要是以棒生电或电生棒的内容出现，从组合情况来看有棒与电阻.棒与电容.棒与电感.棒与弹簧等.导体棒所在的导轨有平面导轨.竖直导轨等.

29.电磁场中的“双电源”模型：考查力学中的三大定律.闭合电路的欧姆定律.电磁感应定律等知识.

物理模型篇6

古代人们眼中的宇宙模型：

 天圆地方说对于古代人来说，地球就是一块平坦，并不太大的土地，天空似乎是一个固定的圆形屋顶，它从远处自上而下，和周围的地面融为一起，这也就是所谓的“天圆如张盖，地方如棋局”

 地心说

公元前340年，希腊哲学家亚里士多德不同意地球的“天圆地方说”，他认为地球是圆的，并在他的著作《论天》中给出两个根据。后来，公元前2世纪，古希腊天文学家托勒玫就在此基础上提出了“地心说”。他认为地球是宇宙的中心，一切天体都围着地球在转，这种学说符合当时神权统治的思想，受到教皇支持。

日心说

16世纪初期，收到文艺复兴思想的影响，波兰天文学家哥白尼提出了“日心说”，他客观的认为太阳才是宇宙的中心，并非地球，并出版了《天体运行论》一书。给人们展现了一个全新的宇宙。

 牛顿的经典宇宙模型牛顿最早用经典力学方法和欧几里得几何观念建立了绝对的无限的宇宙体系。创立了万有引力理论，使人们第一次统一的认识了天体运动。

现代我们所认识到的宇宙模型：

 现代宇宙模型

20世纪是物理学快速发展的时期，各种不同的宇宙模型五花八门，其中最著名的包括无限宇宙，气泡宇宙，平行宇宙，数字宇宙等。

现代人们对宇宙的认识，不仅仅只是停留在三维空间的层次上，大部分人们认为宇宙是一个四维空间，所谓的四维，指的就是在我们所处的三维空间上再加上个时间轴。直白一点说，那就是，我们的过去和我们的未来都是宇宙的一部分。

作为现代人的我对宇宙的认识：

还记得八年级物理书第37页的那幅插图，它形象生动的把宇宙比喻成了一个膨胀的气球，当时书上想要阐明的是，天体之间的距离在变长，也就是所谓的星系在远离我们而去，现在我仔细的想了想它的确可以做一个真真切切的宇宙模型。在这里运用到了数学当中的“降次”思想，即把四维的宇宙想象成一个三维的气球。这样，我们就可以根本更好地理解宇宙模型。况且，伟大的爱因斯坦也曾经说过，宇宙是个有限无边的四维空间，即宇宙是有限的，但他没有边际，恰巧这里的气球是球状物体，它的表面积有限，但没边际。

我们可以把气球的二维表面想象成我们的三维空间，这样以后，气球的半径也就可以看成时间轴，在这个“气球”不断膨胀的过程中，它的半径在变大，时间轴也在变长，这也就说明了我们的时间在不断的流逝，这样也很好的证明了时间只会向前流逝，不会倒流，因为半径只会变长，不会变短。

大家都知道，质量越大的物体，它的引力场也就越强，使空间弯曲的程度也就越大。现在我们想象，在二维的“气球”表面放上一个有质量的物体，那么气球的表面就会凹进去，发生型变，这也就形象的揭示了质量大的物体会使空间发生凹陷的现象。现在，如果在气球表面的那个物体的质量足够大的时候，这个凹陷下去的洞会抵达到气球的另一面（气球不破的情况下），顺着这个洞我们就可以从气球的一面不沿着它的表面从而到达另一面，这就意味着摆脱了气球表面二维空间的束缚，直接通过三维空间去了气球的另一面。现在，想想看我们的宇宙，宇宙中难免会有质量非常大的天体，比如说黑洞，这些天体可以使他们所处的三维空间发生巨大的弯曲，可想而知我们可以从这个洞，利用四维空间从而到达宇宙很远很远的另一个地方，这也就是我们所说的虫洞原理。

运用这种气球模型，可以理解许多宇宙中不好理解的现象，所以希望大家可以接受这一想法。（当然，以上纯属我个人观点，如有不对的地方，请体谅O(∩_∩)O）

赵晓棋

高中物理模型教学刍议篇7

一、物理模型教学的意义

简单来讲, 教学模型是从复杂多变的物理现象或物理活动过程中抽象出来的研究对象的简化描述或者模拟, 其目的是为了研究和教学的方便, 是教学必不可少的教辅手段。教学模型的优点在于它抓住了物理现象或活动最本质的一面, 排除了那些非本质的其他因素, 最大可能地保留其决定性因素, 而将那些不重要的对学生有干扰、困惑因素的东西摈弃。教学模型使物理活动和现象得以简单的呈现, 而又能帮助学生认识和研究各种物理活动和现象的本质, 有利于对各种概念和定理的理解。教学模型可以将抽象的概念和定理形象化、直观化, 可以使耗时很长也未必观测清楚的物理现象得以清晰地再现, 可以加深学生对各种物理本质的理解。

在实际的学习过程中, 为了解决所面临的物理问题, 我们往往将客观存在的物理现象和问题在保留其所需的本质前提下加以简化和抽象, 从而形成模型。这个模型保留了主要矛盾, 而过滤掉了次要的不起决定性作用的因素, 我们称之为理想化模型。我们必须精于观察, 善于从物理现象或活动中概括出一般规律来, 从抽象的思维将其简单化, 又不失其本质。模型的建立和应用不应该看做教学的辅助, 而应当看做就是教学本身, 这将对整个物理教学起到至关重要的作用。

二、物理模型的建立

(一) 以服务教学为宗旨

模型是对模拟对象的简单化处理, 虽然也求其真, 但这和雕像、绘画等艺术作品不同, 后者要的是欣赏, 而模型的目的则是教学, 多余的——尽管可能是客观对象本身的一部分, 但如果对教学, 或者说对认识客观规律没有促进作用, 那么它就是多余的、不必要的, 在建立模型的过程中是要删去的。教学模型的目的非常单纯, 就是为了教学, 所以比较简单明了, 集中而突出。这是建立教学模型的原则。如果模型偏于花俏, 往往容易使学生的注意力分散, 把过多的精力用在目的之外的事物上, 反而会使他们对本应掌握的知识系统产生厌倦心理。

在使用模型的过程中, 教师还要善于引导, 帮助学生持续地深入到问题的本质中去, 防止学生自由散漫, 只顾玩得高兴而忘记学习的现象发生。例如, 在掌握电场概念的时候, 我们用验电羽建立电场模型, 验电羽会在电场中很有规则的排列, 这个时候, 学生往往显得比较兴奋, 教师就要加以引导, 防止学生的讨论脱离了主题跑到其他地方去, 这种情况是经常发生的。教师要引导学生观察、分析、总结, 使他们逐步认识电场以及电场方向等物理概念。

(二) 以理论学习为原则

学习是一个由浅入深的过程, 物理的学习也是从现象到本质的认识过程, 所以, 让学生认识物理现象并不是物理教学的终极目的, 而是要让学生认识到各种现象之间的必然联系和因果关系, 从而把握客观规律。教学模型普遍的具有揭示现象的作用, 但模型教学并不仅仅在现象, 而是通过现象的反复出现去把握其物理规律, 从而加深对物理理论的理解。从这个意义上来说, 模型具有可反复使用性。如果脱离了理论学习这个原则, 那么模型教学就容易流于形式, 停在表面, 只落个热闹的课堂, 而对学生的学习帮助甚微。

(三) 以物理理论为根据

教学模型不是对物理现象的简单复制。根据用途不同, 模型在建立的时候会有所侧重, 有的突出了研究对象的主要因素, 而忽略其次要因素, 便于简明而比较准确地得到普遍的结论;有的模型, 只是模拟性的描述, 意在揭示常见的比较容易了解的物理现象。但无论哪一种模型, 其所遵循的物理理论必须是正确的。也就是说, 在应用模型进行教学的时候, 我们必须保证这个模型符合物理规律, 否则就是一个失败的模型。

如果我们要建立一个理想变压器模型去研究变压器的相关规律, 这里有一个令学生困惑的问题:当这个变压器模型的副线圈I=0时, 那么原线圈中的电流I是多大呢?如果按照理想变压器的P1=P2分析, 那么I也应当为零。我们要知道理想变压器模型忽略了内部能量耗损的因素, 这时候, 怎样保证U1:U2=n1:n2呢?所以, 当内部能量耗损小, 输入功率和输出功率基本相同的时候, 理想变压器模型是成立的, 然而, 当副线圈空载的时候, 变压器的内耗决定了其输入功率的大小, 虽然损耗小, 其电流仍是存在的, 并不能是零。这样, 这个模型忽略了物理规律的存在, 因而就不能行使它应有的功能。

三、物理模型的应用

教师教学模型的应用前文已有所提及, 其意义和方法就不在这里赘述。对学生来说, 应用模型是一个重要的学习过程。不仅是在各种实验中, 在解答物理习题的时候也可以便捷地运用模型。当然, 这需要遵循一定的方法:首先要分析题意, 弄清楚问题的重点, 然后确定理想化模型, 观察其环境, 最后要将物理模型转换为数学模型, 从而推导出结果。

在教学中要引导学生利用物理模型来理解物理概念, 让学生养成利用物理模型来解决问题的习惯。需要指出的是, 教材中除了那些明确提出模型的内容, 还有许多并没用明确提出“模型”这一称呼, 这并不意味着没用, 而是内在的模型, 比如光滑面、单摆、匀速直线运动等等都是理想化物理模型。当然, 也有的物理概念未必能够建立准确的物理模型。总之, 建立物理模型能够让抽象的不可捉摸的物理现象更加具体形象地出现在学生面前, 能够帮助学生更准确、更系统地掌握物理系统知识。

摘要：利用物理模型进行教学可以帮助学生更好地理解和把握物理概念, 对学生的学习起到积极的作用。本文从理想化模型入手, 探讨了物理模型教学的意义, 介绍了建立物理模型的几个注意点, 并就学生利用物理模型学习给出了粗浅的建议。

物理模型在高中物理解题中的作用篇8

【关键词】物理模型;理想模型;等效模型

高中学生经常会遇到这样的情况：在解物理题时，很顺利的把题解完了，但看到答案以后发现自己和答案相差甚远。这种情况一般不是计算的问题，而是对题中受力或运动过程等的分析出错。究其原因是不能熟练运用物理模型和解题技巧。为了更熟练的运用模型解题，本文首先对高中物理常见的模型进行分类，并讨论它们在解题中的具体作用，希望能给大家一些启发和思考。

一、模型分类

1.理想模型

理想模型是高中物理模型中最常见最重要的模型，在理想模型中我们会忽略一些次要因素，将研究对象简化。比如质点、点电荷、光滑斜面、匀强电磁场、自由落体、完全弹性碰撞、各种匀速运动以及题中暗示的理想条件等。理想模型还可以进一步细分为实物模型和过程模型。

下面用几个简单的例子对这类模型的建立和运用进行说明。

（1）匀速圆周运动

质点在以某点为圆心半径为r的圆周上运动时，其轨迹是圆周的运动叫“圆周运动”。这里要注意的是，匀速圆周运动中的“匀速”是匀速率，做匀速圆周运动的物体速度方向是时刻改变的。匀速圆周运动考题中容易出现的物理量有：重力（G）、向心力（a）、线速度（v）、角速度（ω）、半径（r）。

常用的规律主要有：基本公式（如向心加速度等于线速度的二次方与半径的比值a=）;质点所受合外力指向圆心;系统机械能守恒等。匀速圆周运动还可以根据题目信息，进一步将题目细分为：绳模型、杆模型和弹簧模型，而且在平时的训练中，一定要注意区分三种模型的异同。

匀速圆周运动中涉及到实物模型质点和过程模型匀速运动，所以在解题过程中一定注意提取题目中信息，尽可能将题目简化后建立模型。

（2）平抛运动

物体只在重力的作用下，初速度为零的运动，叫做自由落体运动。经常出现的物理量有：重力加速度（g）、时间（t）、初速度（v0）、质量（m）。运用的规律主要有：基本公式（如竖直方向的位移h=gt2，水平方向位移x=v0t，速度夹角的正切值等于位移夹角正切值的2倍）;加速度始终为g，系统的机械能守恒等。

在理想模型的问题中，模型建立后会得到一些相关物理量，只要将这些物理量根据学过的规律，代入相关的公式中问题基本就能得到解决。

2.等效模型

等效模型会将一个抽象、复杂、陌生的研究对象转变为一个具体、简易、熟悉的事物。具体如：磁场中磁感线、电场中电场线、等效电路图等。运用等效模型解题的重点在于物理规律的运用（如沿电场线方向电势越来越低、磁感线的切线方向为该点磁场方向）。

二、解题应用

学习了物理模型之后如果不能巧妙的利用，那么物理模型在题中也不会起到理想的作用，通过解题过程讲解怎样使用物理模型解题。

例题1.由三颗星体构成的系统，忽略其他星体对它们的作用，存在着一种运动形式：三颗星体在相互之间的万有引力作用下，分别位于等边三角形的三个顶点上，绕某一共同的圆心O在三角形所在平面内做相同角速度的圆周运动（图示为A、B、C三颗星体质量不相同时的一般情况），若A星体质量为2m，B、C两星体的质量均为m，三角形的边长为a，求

（1）A星体所受合力大小FA;（2）B星体所受合力大小FB;

（3）C星体的轨道半径RC;（4）三星体做圆周运动的周期T。

解析：首先需要建立模型，题目中出现了质点和匀速圆周运动模型。

（1）在高中天体物理题中，常常需要将天体运动理想化，抽象成质点的匀速圆周运动，并且只需考虑题中所涉及到的天体对运动的影响。由平行四边形定则有：

FA=FBA+FCA=FBA=2G（）2

（2）同样由平行四边形定则得出：

FB=FAB+FCB=G（）2

（3）三个星体的环绕运动可看作角速度相同的匀速圆周运动，故：

ωA=ωB=ωC

因为ω2R=，化简得：

代入等边△ABC，分析解得：RC=a

（下转第35页）