新课程标准下物理模型教学的探讨，本文主要内容关键词为：模型论文,新课程标准论文,物理论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
《高中物理课程标准(实验)》(以下简称《标准》)把“过程与方法”作为课程目标的 一个重要组成部分，并明确提出了实施的具体目标。它对全面提高学生的素质有着重要 意义。如何实现“过程与方法”目标，是当前课程改革中需要研究的重要课题。高中物 理新教材加强了点面结合，点上有基础知识、基本规律、基本方法，面上增加了许多联 系生产、生活的实际问题和高新科技内容。从而一改旧教材中高度抽象、理想化的情境 与问题，使物理知识更贴近实际，让学生学习物理时倍感亲切。若要让学生在较少的时 间内，轻松地学好物理，物理模型教学不失为一种有效方法。通过物理模型教学，将最 基础、最典型的物理知识、物理问题及其研究方法介绍给学生，引导学生思考、感悟， 使学生体验“形成概念，探究规律”的过程，掌握探究物理问题的基本方法，使他们解 决物理实际问题的能力得到有效提高。
一、通过物理模型教学，使学生体验“形成概念，探究规律”的过程
为了更好地揭示事物的本质，人们往往根据物理实验和观察所得到的各种感性材料， 舍去那些表面的、次要的条件，把复杂的、具体的物理问题用简单的、理想化的物理模 型来描述。翻开高中物理新教材，无论哪一部分内容都有物理模型，也就是说，形成概 念、探究规律是离不开物理模型的。如质点的概念，如果舍去和忽略物体的形状、大小 、转动等因素，突出其位置和质量特征，并用一个有质量的几何点来描绘，这样就简化 了实际物体。类似质点这样的概念还有：理想气体、点电荷、薄透镜、弹簧振子、单摆 、理想二极管、理想变压器、理想电压表等。在实验的基础上，可抓住主要矛盾，忽略 次要矛盾，对过程进一步分析、推理，找出其规律，总结出各种典型的物理模型。如力 学中的自由落体运动、匀速直线运动、匀变速直线运动、简谐振动、完全弹性碰撞，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、绝热变化等， 教师可以利用上述物理模型，引导学生探究，得出物体的运动规律。
例 在《变压器》一节的教学中，可利用理想变压器的物理模型对学生做如下的探究 过程教学。
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二、通过物理模型教学，使学生掌握探究物理问题的基本方法
《标准》有两大鲜明特征：一是提倡从生活走向物理，从物理走向社会；二是科学探 究贯穿始终。这表明物理课程除了教会学生知识外，更重要的是使学生掌握获取知识的 方法，增强探究未知世界的兴趣和能力。以物理模型为载体使学生掌握探究物理问题的 方法符合物理学科的特点，符合新课程的教学目标。物理模型中蕴藏着的探究物理问题 的基本方法有：理想实验法、类比与迁移法、抽象与概括法、分析与综合法、归纳与演 绎法、猜想与假设法、整体与隔离法、等效与转化法等。这些方法都可以用来探究物理 问题。例如图7的“子弹打木块”模型，运用类比、迁移法把系统内相互作用的内力改 成弹力、分子力、滑动摩擦力、电场力、磁场力，就形成了新的物理模型，如图8、9、 10、11、12所示。这些新的物理模型中m相当于子弹，M相当于木块，其解决方法也与“ 子弹打木块”模型的解决方法基本相同。以上物理模型类比、迁移的探究，使学生懂得 类比、迁移法是研究物理模型及应用物理模型解决物理问题的重要方法。
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三、通过物理模型教学，培养学生解决物理实际问题的能力
高中物理新教材增加了许多联系生产、生活的实际问题和高新科技内容。一改旧教材 高度抽象、理想化的情境与问题，使物理知识更贴近实际、贴近生活、贴近科技。高考 改革总趋势是由知识立意转变为能力立意，试题内容源于生产、生活实际，许多试题的 主干知识就是最新的前沿科技成果，如宇宙演化等。这些知识在题干中都以大量文字叙 述，形成“信息给予题”这种新题型。这种试题要求学生从大量文字中摄取有效信息， 把实际问题转化为物理问题，并构建物理模型。如果缺乏这种能力，面对这洋洋洒洒几 百个字的题目，学生就抓不住有效信息，建立不了物理模型，解题也就无从谈起了。下 面就通过一模多题、一题多模的探究方法来培养学生解决物理实际问题的能力。
1.一模多题
图13匀强电场和匀强磁场中，当带电粒子以速度v从左侧进入场区时，如果受到的电场 力Eq和洛仑兹力Bqv平衡，即Eq = Bqv，而粒子的重力相对较小可忽略不计时，带电粒 子将做匀速直线运动。这一物理模型有很多的应用。
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应用1：带电粒子速度选择器 图14是一种质谱仪的示意图，其中MN板的左方就是带电 粒子的速度选择器。选择器内有正交的匀强电场E和匀强磁场B，一束正离子以不同的速 度水平地由小孔S进入场区，只有那些路径不发生偏转的离子才能通过右侧小孔S′，其 条件就是Eq = Bqv，即v = E/B。能通过速度选择器的带电粒子必然是速度速度为E/B的 粒子 ，与其电量和质量无关。当带电粒子是负离子时，电场力和洛仑兹力的方向都倒 转过来，只要满足v = E/B，也能通过。
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应用2：磁流体发电机 图15是一种新型发电机——磁流体发电机，它可以把高温下电 离的气体的内能直接转化为电能。其原理是：等离子气体喷入磁场，磁场中有两块金属 板A、B，正、负离子在洛仑兹力作用下发生上下偏转而聚集到A、B板上，产生电势差。 设A、B平行金属板的面积为S，相距l，等离子气体的电阻率为ρ，喷入气体速度为v，板间磁场的磁感应强度为B，板外电阻为R，则可求出电阻R上的电流I。
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电源电动势为外电路断开时电源两极间的电势差。当等离子气体匀速通过A、B板 间时，A、B板上聚集的电荷最多，板间电势差最大，即为电源电动势。此时离子受力平 衡：Eq = Bqv，E = Bv，电动势e = El = Blv。
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b、c、d四个电极，将导体放在匀强磁场之中，a、b间通以电流I，c、d间就会出现电 势差，只要测出c、d间的电势差U，就可测得B。
设c、d间电势差已达稳定，则U = El。此时导体中的自由电荷受到的电场力与洛仑兹 力相平衡，即qE = Bqv，式中v为自由电荷的定向移动速
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可以导电的液体向左流动。导管处在与导管相垂直的磁感应强度为B的匀强磁场中，此 时在管壁a、b间测得电势差U，由此可求得液体在导管中的流量Q。
导电液体中的自由电荷(正负离子)在洛仑兹力的作用下横向偏转，a、b间出现电势差 。当自由电荷所受电场力和洛仑兹力平衡时，a、b间
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的，AB和CD都与BC相切。现将大量质量均为m的小货箱依次在A处放到传送带上，放置 时初速为零，经传送带运送到D处。D和A的高度差为h，稳定工作时传送带速度不变，CD 段上各箱等距排列，相邻两箱的距离为L。每个箱子在A处投放后，在到达B之前已经相 对于传送带静止，且以后也不再滑动(忽略经BC段时微小滑动)。已知在一段相当长的时 间T内，共运送小货箱的数目为n。这装置由电动机带动，传送带与轮子间无相对滑动， 不计轮轴处的摩擦，求电动机的平均输出功率。
分析与解：此题涉及实际生活、图形信息和复杂情境，要构建四个模型。
模型一 由传送带带动小货箱，从对地速度为零到相对传送带静止(设传送带对地速度 为v[,0])，构建模型：传送带的摩擦力(设为F[,f])对小货箱做正功，使之做匀速直线 运动(设其运动位移为s)而达到速度为v[,0]，增加了动能，即由动能定理得(对小货箱)
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模型三 由CD段上各箱等距排列和在相当长的时间T内，运送小货箱的数目为n，构建 模型：小货箱在斜面CD上匀速运动时间T，距离为nL，则有
v[,0]T = nL
(3)
模型四 因装置由电动机带动，传送带与轮子间无相对滑动，不计轮轴处的摩擦，T时 间内运送n个小货箱，从A处(初速为零)到高度差为h的D处(速度为v[,0])，从而构建模 型：电动机输出的功用于增加小货箱的动能、势能以及摩擦生的热，即由能量守恒定律 得
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这是一道联系生产、生活实际的问题。皮带传送物体问题及其相关物理模型，学生一 般都接触过，但学生必须掌握一定的物理模型，并能有机地组合，才能较好地解决这个 问题。事实上，要学好物理，学生必须有较强的理解、掌握、运用物理模型的能力。这 就要求我们抓好物理模型教学，着力培养学生解决物理实际问题的能力。