高中物理模型的分类及建模重要性

物理现象错综复杂，高中物理所涉及的知识体系也非常庞大.因此，在解决物理问题时，教师要引导学生建立模型，化繁为简.这是解决物理问题的关键性步骤.

一、高中物理模型的分类

在培養学生的物理思维方法时，教师一般要明确以下问题：将要研究什么对象；所研究的对象处于什么状态；对应的对象和状态有着怎样的变化过程.因此，物理模型一般分为实体物理模型、状态物理模型、过程物理模型.这些物理模型的建立过程，可以描述为如下几种.

1.研究对象的模型化.由于研究的需要，我们经常将某些研究实体进行抽象处理，如果将其大小、形状等特征忽略掉，而是突出其质量以及所在位置，就可以用一个有质量的点来代替它，即“质点”.这个过程就是研究对象的模型化.高中学生遇到类似方法得到的物理模型还有刚体、弹簧振子、单摆、理想气体、点电荷、点光源等.

2.对象所处情境的模型化.真实场景的物理问题之所以难以分析，其原因就在于影响因素较多.在实际操作中，我们可以根据需要忽略某些次要因素，或是通过操作减小或抵消某些因素的影响.比如，研究带电粒子在电场中的运动，由于重力的影响非常微弱，因此我们可以将其忽略掉，从而简化问题情境.此外，热学研究中的绝热容器、力学研究中的光滑平面、电磁学研究中的匀强磁场和匀强电场都属于此类模型化的情境.

3.研究过程和状态的模型化.实体运动过程或状态的变化往往是错综复杂的，为了研究的方便，进行理想化的抽象处理是必须的.正是通过上述方法，才有了力学中的匀变速直线运动、弹性碰撞、简谐运动；电磁学中的恒定电流、静电平衡；热学中的等容变化和等压变化；等等.这些内容都属于过程或状态的模型化.

二、物理模型的重要性

物理研究的主要目的是，探索自然界中一切物体的运动形态、物质结构以及相互作用，帮助人们认知自然界的基本规律，为人们适应自然、改造自然奠定理论基础.要实现上述目的，就必须揭示物理现象或物理过程在对应条件下发生、发展的一般规律，也要揭示事物之间本质属性的联系，还要在此基础上系统建构严密而自洽的物理理论.事实上，由于自然界的多面性和复杂性，完全从事物本来面目开展研究，只能导致问题的复杂化，增加总结物理规律、探究事物本质的难度.这就要求我们在处理实际问题时适当进行抽象处理，进而建立能反映认知客体本质特征的物理模型.

1.构建模型是物理理论建立和发展的基础.研究物理学史发现，很多重大突破与模型建立密切相关.这都是源于科学家大胆进行猜想与构思，构建出理想化、但又与事实基础有较高吻合度的物理模型，并最终通过实验验证或是实践检验，从而发现通往真理的道路.比如，法拉第创造性地提出电场线和磁力线等一系列力线模型，并通过铁屑呈现磁体附近磁感线的分布特征，由此建立“场”的有关概念；在解释光电效应的实验规律时，爱因斯坦充分借鉴普朗克的量子假说，大胆地提出“光子”的模型，并在此基础上提出光电效应方程，不仅解释了实验现象，也揭示了光的“波粒二象性”这一本质属性……构建物理模型，能有效简化物理情境，从而促成现象的解释和规律的总结.此外，科学家通过对模型的深层次研究，做出科学性的预言，也进一步推动了物理学科的发展.比如，卢瑟福结合原子的核式结构模型提出中子的假说；泊松在光的波动模型基础上提出“泊松亮斑”；等等.

2.从高中物理的学习特点来理解模型构建的重要性.在物理学习的一开始，教师一般都会引导学生结合真实的物理情境进行分析，并从中进行重要因素的提取，进而建立物理模型，并在此基础上探索其内在规律.可以说，学生学习的内容本身就是理想化的模型.比如，力学中轻绳、轻杆、质点等模型；热学中的分子、理想气体等模型；光学中的点光源、光子等模型；电磁学中的点电荷、理想电表等模型.学生所接触的物理过程也是理想化和模型化的.比如，动力学中的匀速直线运动、匀速圆周运动、碰撞过程等；热学中的等温变化、等压変化等；原子物理中的原子跃迁、原子核衰变等.学生也是结合理想化的物理过程来研究对应的规律.比如，力学中结合匀变速直线运动探索对应的运动学公式、在匀速圆周运动中探索向心力和向心加速度的概念、在碰撞过程中探索动量守恒定律；热学中理想气体的状态方程；电学中围绕点电荷建立库仑定律、围绕匀强磁场探索安培力的特点；等等.

总之，在高中物理教学中，教师要通过模型帮助学生理解物理规律和概念，并引导学生在解决问题的过程中建立相应的模型，从而简化问题，获取解决问题的思路.