論物理模型及其在初中物理中的重要性 [摘要]本文首先分析了物理模型在物理學(xué)及其發(fā)展中的重要性，然后結(jié)合初中物理教育教學(xué)的特點(diǎn)分析了物理模型在初中物理教育教學(xué)中的重要意義。接下來(lái)本文按照不同的類型對(duì)初中物理模型進(jìn)行逐一分析，最后給出方法論意義 [關(guān)鍵詞]物理模型；初中物理教育；簡(jiǎn)單性原理模型在我們的日常生活、工程技術(shù)和科學(xué)研究中經(jīng)常見(jiàn)到，對(duì)我們的生產(chǎn)生活有著很大的幫助。物理學(xué)研究是復(fù)雜的，如何發(fā)現(xiàn)復(fù)雜多變的客觀現(xiàn)象背后的基本規(guī)律？如何簡(jiǎn)單地表達(dá)出來(lái)？人們有幸在長(zhǎng)期的實(shí)踐活動(dòng)中找到了一些行之有效的方法。其中之一就是：忽略具體情況下研究對(duì)象或過(guò)程的微小因素，抓住其本質(zhì)特征，把復(fù)雜的研究對(duì)象或現(xiàn)象簡(jiǎn)化為較為理想化的模型，從而發(fā)現(xiàn)和表達(dá)物理規(guī)律。由于物理模型是物理學(xué)研究的重要方法和手段，因此物理模型的描述與傳授在物理教育教學(xué)中是必不可少的。建立物理模型，需要忽略一些細(xì)枝末節(jié)的因素，對(duì)客觀對(duì)象進(jìn)行簡(jiǎn)化。對(duì)客觀對(duì)象進(jìn)行合理簡(jiǎn)化的過(guò)程，就是建立物理模型的過(guò)程。根據(jù)簡(jiǎn)化過(guò)程和角度的不同，物理模型分為以下五類：物理對(duì)象模型、物理?xiàng)l件模型、物理過(guò)程模型、理想化實(shí)驗(yàn)和數(shù)學(xué)模型。下面我們一一進(jìn)行講解。（一）物理對(duì)象模型——直接忽略具體研究對(duì)象的一些細(xì)枝末節(jié)的因素而建立的物理模型。
這種模型應(yīng)用最為廣泛，初中物理教科書中也有很多很好的例子。例如：粒子、薄透鏡、光、彈簧振子、理想電流表、理想電壓表、理想電源和分子模型等。我們以粒子為例進(jìn)行詳細(xì)分析。粒子是一個(gè)忽略運(yùn)動(dòng)物體大小和形狀的有質(zhì)量的幾何點(diǎn)。條件是，在所研究的問(wèn)題中，實(shí)際物體的大小和形狀對(duì)問(wèn)題的研究影響不大，可以忽略不計(jì)。這樣，許多運(yùn)動(dòng)類型的描述就變得簡(jiǎn)單了。例如，所有做直線運(yùn)動(dòng)的物體都可以看作粒子。由于做直線運(yùn)動(dòng)的物體的每一部分每時(shí)每刻的運(yùn)動(dòng)方式都一樣，所以可以忽略它的大小和形狀，只找出物體上的一個(gè)點(diǎn)作為概括。當(dāng)然，這個(gè)點(diǎn)的質(zhì)量等于物體本身的質(zhì)量。這樣，做直線運(yùn)動(dòng)的物體的運(yùn)動(dòng)軌跡就是一條直線，很容易想象、理解和描述。很多具體事例都可以這樣運(yùn)用，如在直軌道上以最大速度行駛的火車網(wǎng)校頭條，沿航路飛行的客機(jī)，從比薩斜塔上落下的鐵球等等。 （二）物理?xiàng)l件模型——忽略研究對(duì)象條件的一些次要因素而形成的物理模型。在初中物理中有：光滑表面、輕的棒、輕的滑輪、輕的繩子、輕的球、絕緣容器、均勻電場(chǎng)與均勻磁場(chǎng)等等。我們以輕的棒為例進(jìn)行分析。 又比如簡(jiǎn)單機(jī)械中的杠桿，在初中時(shí)，常常把問(wèn)題歸結(jié)為力矩的平衡。即：功率×功率臂=阻力×阻力臂。
推動(dòng)力和阻力都包括桿以外的物體對(duì)杠桿的作用力，也包括桿本身的重量。桿的重量的杠桿臂在桿上每一點(diǎn)都是不同的，所以除了少數(shù)桿的形狀是幾何規(guī)則的情況外初中物理滑輪模型，大多數(shù)杠桿問(wèn)題在初中是無(wú)法解決的。輕量桿的引入解決了這個(gè)問(wèn)題。輕量桿是忽略自重的彈性桿。當(dāng)外物對(duì)杠桿的力矩遠(yuǎn)大于桿自重的力矩或桿自重的力矩相互抵消時(shí)，桿可以看作輕量桿，杠桿上的力矩就只是外力矩了。這樣，一切杠桿平衡問(wèn)題都可以解決了。 （三）物理過(guò)程模型——忽略物理過(guò)程中的一些細(xì)小因素而建立的物理模型。初中物理中有：勻速直線運(yùn)動(dòng)、恒定電流等。這些物理模型都忽略了物理過(guò)程中某個(gè)物理量的微小變化，把這個(gè)物理量看作常數(shù)。因?yàn)檫@些量的變化相對(duì)于物理量本身來(lái)說(shuō)太小了，所以可以忽略不計(jì)。這樣，我們就不需要考慮過(guò)程中物理量的復(fù)雜變化，而只考慮恒定的過(guò)程，分析問(wèn)題就容易得多。（四）理想化實(shí)驗(yàn)——在大量實(shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，通過(guò)邏輯推理，忽略微小因素，抓住主要特征，獲得理想條件下的物理現(xiàn)象和規(guī)律的一種科學(xué)研究方法，稱為理想實(shí)驗(yàn)。理想化方法是物理科學(xué)研究和物理學(xué)習(xí)中最基本、應(yīng)用最廣泛的方法。初中物理里有一個(gè)非常著名的理想化實(shí)驗(yàn)：伽利略的斜面實(shí)驗(yàn)。
伽利略做過(guò)許多斜面實(shí)驗(yàn)，這里舉一個(gè)例子初中物理滑輪模型，同一個(gè)球從同樣材質(zhì)、同樣高度的斜面上滑下，它在水平面上沿直線運(yùn)動(dòng)的距離隨摩擦力的減小而增大。伽利略由此推論，球在無(wú)摩擦水平面上總是勻速直線運(yùn)動(dòng)（理想條件下的物理現(xiàn)象）。牛頓在此基礎(chǔ)上建立了牛頓第一定律。不用多說(shuō)，足以見(jiàn)得理想實(shí)驗(yàn)的強(qiáng)大力量。 （五）數(shù)學(xué)模型——用數(shù)字、字母或其他數(shù)學(xué)符號(hào)構(gòu)成的描述現(xiàn)實(shí)物體定量規(guī)律的數(shù)學(xué)公式、圖形或算法。初中物理中的數(shù)學(xué)模型主要有磁通線和電場(chǎng)線。磁通線（電場(chǎng)線）是形象地描述磁感應(yīng)強(qiáng)度（電場(chǎng)強(qiáng)度）空間分布的幾何線條，是一種數(shù)學(xué)符號(hào)。磁場(chǎng)和電場(chǎng)本身的性質(zhì)對(duì)這些幾何線條作了一些規(guī)定。例如，空間各點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度只要滿足電場(chǎng)線不相交的唯一條件，就可以得到一個(gè)生動(dòng)、簡(jiǎn)潔、準(zhǔn)確的描述。
