高中物理教学中模型构建与教学方法整合

摘 要：物理模型的构建在高中物理教学中是一种常见的方法，本文通过对物理模型的归纳分类，以举例的形式对这类思维方法进行了诠释，并就如何在高中物理教学中引导学生进行分析、抽象和应用做了说明，最后总结了处理这类物理问题的步骤。

　　关键词：物理模型；拓展思维；整合；归类；构建
　　一、中学物理教学中物理模型构建的重要性
　　在高中新课改中，物理教学更注重培养学生的创新与综合应用能力。引导学生如何根据题设条件，对所遇到的问题进行分析、综合、类比等，理清其中的物理情境、物理状态和物理过程，找出它们间的衔接点，突出主要因素，忽略次要因素，抽象、构造出熟悉的物理模型，应用掌握的物理知识解决问题。因而，培养学生在实际情景中构建物理模型并借助物理规律解决实际问题，是高中物理教学中非常重要的环节。
　　二、中学物理教学中常见的物理模型
　　1.实体模型
　　实体模型是用来代替客观存在的实际物体，通过简化、抽象建立起来的模型。这一类模型在高中物理中最为常见。如力学中的质点、轻绳、轻杆、不可伸长的细线、光滑表面、恒力、惯性系、非惯性系、共点力、机械能守恒系统、动量守恒系统，热学中的理想气体、理想流体、分子结构模型等，电学中的元电荷、真空、点电荷、检验电荷、电荷守恒系统、匀强电场、电场线、平行板电容器、匀强磁场、磁感线、电流、电流元、纯电阻、理想二极管、理想变压器、理想电流表、理想电压表，光学中有点光源、光线、线光源、薄透镜、三棱镜、光子、简谐波、波面、波线。
　　2.过程模型
　　过程模型是把实际物体的运动过程，高度抽象为在理想状态下的运动、变化过程。中学物理教学中常见的过程模型有：匀速直线运动、匀变速直线运动、平抛运动、竖直上抛运动、自由落体、匀速圆周运动、简谐运动、共振、共鸣、电容器充放电、电磁振荡、能量转化过程、光电效应、对心碰撞、衰变、裂变、聚变等。
　　例题1：一质点以20m/s的速度做竖直上抛运动，求质点经过出发点15m处所需的时间（不计阻力，g=10m/s2）。
　　解析：位移为矢量，对应15m有上下两个方向
　　15=20t-5t2
　　得t1=1s，t2=3S
　　-15=20t-5t2
　　t3=2+s t4=2-s
　　t4为负值，应舍去。
　　例题2：为了清理堵塞河道的冰凌，飞机在空中实施投弹爆破，当飞机在河道上空H处以速度v0水平匀速飞行时，投下炸弹并击中目标，求炸弹击中目标所飞行的水平距离及击中目标时的速度？（空气阻力忽略不计）
　　解析：炸弹做平抛运动，设炸弹击中目标所飞行的水平距离为x，则：x=v0t，H=gt2，联立以上两式解得x=，设竖直速度大小为vy，击中目标时的速度大小为v，则vy=gt=，v=，联立以上两式解得v=.
　　分析：两道题都考查学生建立物理模型的能力，但在模型的构建类型上有所不同。例1明确了质点，运动的位移等，属于剔除生活要素的物理对象、物理场景。例2给出投弹清理河道的过程，属于生活场景。“综合考试”建模能力要求中，考察从生活事例中抽取物理研究对象、物理场景的能力。因而，这个能力的培养必须在教学中加强。
　　三、运用物理模型解题的步骤
　　分析题目，确定研究对象和研究过程；确定已知量，分析题目中的隐含条件；处理各个量之间的相互联系；通过类比猜想或抽象概括，或逻辑推理，建立起新的物理模型，将题设中的情景问题转化为熟悉的物理模型问题；选择合适的物理方法和物理规律求解。
　　例题1：两轨道相距L=0.5米，轨道光滑且足够长，固定在倾角为θ=37°的斜面上，下端连接定值电阻，电阻为R=4Ω，整个轨道处在竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度B=1T，一质量m=0.1kg的金属棒MN从轨道顶端无初速度释放，沿轨道下滑，当下滑距离x=30m后达到最大速度，在该过程中，始终保持与轨道的良好接触，轨道及金属棒的电阻不计。（g=10m/s2）
　　（1）金属棒下滑过程中，M、N哪端电势高；
　　（2）金属棒下滑过程中的最大速度；
　　（3）该过程中通过金属棒横截面的电荷量q；
　　解析：（1）根据右手定则，可判断M端电势高。
　　（2）设金属棒的最大速度为v，根据法拉第电磁感应定律，回路中的感应电动势E=BLvcosθ，根据闭合电路欧姆定律，回路中的电流强度I=，金属棒所受的安培力为F=BIL，对金属棒，根据平衡条件列方程mgsinθ=Fcosθ，联立以上方程解得v=15m/s.
　　（3）根据法拉第电磁感应定律，回路中的平均感应电动势==，平均电流强度，通过横截面的电荷量，联立以上各式得q=，又根据题意Δ=xLcosθ，代入数据解得q=3C.