摘 要： 物理模型是物理思想的產(chǎn)物，是科學(xué)地進(jìn)行物理思維并從事物理研究的一種方法。本文從中學(xué)常見的物理模型的種類、理模型特點(diǎn)、物理模型的地位和主要功能等方面分析物理模型。

關(guān)鍵詞： 物理模型 種類 特點(diǎn) 地位 功能

模型，意思是尺度、樣本、標(biāo)準(zhǔn)。錢學(xué)森給模型下了這樣的定義：“模型就是通過對問題現(xiàn)象的分解，利用我們考慮得來的原理吸收一切主要的因素，略去一切不主要的因素，所創(chuàng)造出來的一幅圖畫……”

一、中學(xué)常見的物理模型的種類

物理模型是物理思想的產(chǎn)物，是科學(xué)地進(jìn)行物理思維并從事物理研究的一種方法。就中學(xué)物理中常見的物理模型，可歸納如下：

（一）物理對象模型化。物理中的某些客觀實(shí)體，如質(zhì)點(diǎn)，舍去物體的形狀、大小、轉(zhuǎn)動等性能，突出它所處的位置和質(zhì)量的特性，用一有質(zhì)量的點(diǎn)來描繪，這是對實(shí)際物體的簡化。當(dāng)物體本身的大小在所研究的問題中可以忽略，也能當(dāng)做質(zhì)點(diǎn)來處理。類似質(zhì)點(diǎn)的客觀實(shí)體還有剛體、點(diǎn)電荷、薄透鏡、彈簧振子、單擺、理想氣體、理想電流表、理想電壓表等。

（二）物體所處的條件模型化。當(dāng)研究帶電粒子在電場中運(yùn)動時(shí)，因粒子所受的重力遠(yuǎn)小于電場力，可以舍去重力的作用，使問題得到簡化。力學(xué)中的光滑面；熱學(xué)中的絕熱容器、電學(xué)中的勻強(qiáng)電場、勻強(qiáng)磁場等，都是把物體所處的條件理想化了。

（三）物理狀態(tài)和物理過程的模型化。例如，力學(xué)中的自由落體運(yùn)動、勻速直線運(yùn)動、簡諧運(yùn)動、彈性碰撞；電學(xué)中的穩(wěn)恒電流、等幅振蕩；熱學(xué)中的等溫變化、等容變化、等壓變化等都是物理過程和物理狀態(tài)的模型化。

（四）理想化實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，抓住主要矛盾，忽略次要矛盾，根據(jù)邏輯推理法則，對過程進(jìn)一步分析、推理，找出其規(guī)律。例如，伽利略的理想實(shí)驗(yàn)為牛頓第一定律的產(chǎn)生奠定了基礎(chǔ)。

（五）物理中的數(shù)學(xué)模型。客觀世界的一切規(guī)律原則上都可以在數(shù)學(xué)中找到它們的表現(xiàn)形式。在建造物理模型的同時(shí)，也在不斷地建造表現(xiàn)物理狀態(tài)及物理過程規(guī)律的數(shù)學(xué)模型。當(dāng)然，由于物理模型是客觀實(shí)體的一種近似，以物理模型為描述對象的數(shù)學(xué)模型，也只能是客觀實(shí)體的近似的定量描述。

二、物理模型特點(diǎn)

（一）物理模型是抽象性和形象性的統(tǒng)一。物理模型的建立是舍棄次要因素，把握主要因素，化復(fù)雜為簡單，完成由現(xiàn)象到本質(zhì)、由具體到抽象的過程，而模型的本身又具有直觀形象的特點(diǎn)。

（二）物理模型是科學(xué)性和假定性的辯證統(tǒng)一。物理模型不僅再現(xiàn)了過去已經(jīng)感知過的直觀形象，而且要以先前獲得的科學(xué)知識為依據(jù)，經(jīng)過判斷、推理等一系列邏輯上的嚴(yán)格論證，所以，具有深刻的理論基礎(chǔ)，即具有一定的科學(xué)性。理想模型來源于現(xiàn)實(shí)，又高于現(xiàn)實(shí)，是抽象思維的結(jié)果，所以又具有一定的假定性，只有經(jīng)過實(shí)驗(yàn)證實(shí)了以后才被認(rèn)可，才有可能發(fā)展為理論。

三、物理模型的地位和主要功能

（一）物理模型的在物理學(xué)中占有重要的地位。從某種意義上說，物理學(xué)的發(fā)展過程可以說是一個(gè)不斷建立模型、運(yùn)用模型和修正模型的過程。譬如，在人類認(rèn)識宇宙的過程中，早期有托勒密的地心說宇宙模型，他在《天文學(xué)大全》一書中，認(rèn)為地球是宇宙的中心，靜止不動，而太陽及其他群星繞地球運(yùn)動，這顯然是不對的，后來被哥白尼的日心說代替。哥白尼的日新說是以太陽為中心的宇宙理論，但是哥白尼的天體模型只是部分反映客觀世界的真實(shí)情況，事實(shí)上行星的運(yùn)動軌道并非圓形，開普勒在第谷的精確觀測的基礎(chǔ)上，提出了正確的天體模型，指出了行星軌道是一個(gè)橢圓，太陽位于一個(gè)焦點(diǎn)上，該模型被天文觀測所證實(shí)。牛頓一方面運(yùn)用開普勒的行星運(yùn)動的太陽系模型，另一方面運(yùn)用數(shù)學(xué)方法，證明了一個(gè)球體吸引它外面的物體時(shí)，它們的質(zhì)量就好像都集中在它們各自的中心一樣，太陽系中的所有星球可視為有質(zhì)量而無形狀與大小的質(zhì)點(diǎn)，當(dāng)然也可把宇宙萬物視為質(zhì)點(diǎn)，牛頓首先發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律。

通過對物理學(xué)的學(xué)習(xí)，不難發(fā)現(xiàn)，質(zhì)點(diǎn)模型和電磁學(xué)中的點(diǎn)電荷模型是萬有引力定律、牛頓定律、庫侖定律、洛倫磁力公式等基本規(guī)律，以及質(zhì)點(diǎn)力學(xué)等基本理論賴以建立的基礎(chǔ)。實(shí)際上，物理學(xué)很多基本規(guī)律和基本理論的建立，往往都是以能揭示事物本質(zhì)特征的某種簡化模型為基礎(chǔ)的。而由于研究對象和所涉及問題的復(fù)雜性，物理模型種類繁多，各具特色。除了點(diǎn)電荷和質(zhì)點(diǎn)外，剛體、理想彈性體、理想氣體、連續(xù)介質(zhì)、理想導(dǎo)體、理想電解質(zhì)（絕緣體）、核模型等都是。它們從不同側(cè)面描述和揭示在各種問題中實(shí)際物體的特征，所以可以這樣說，各種物理模型的建立和發(fā)展是物理學(xué)深度和廣度發(fā)展的重要標(biāo)志。

（二）物理模型在促進(jìn)物理教學(xué)中的重要作用。

1.建立和正確使用物理模型可以提高學(xué)生理解和接受新知識的能力。例如，我們在運(yùn)動學(xué)中建立了“質(zhì)點(diǎn)”模型，學(xué)生對這一模型有了充分的認(rèn)識和足夠的理解，為以后學(xué)習(xí)質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動、萬有引力定律、物體的平動和轉(zhuǎn)動，以及電學(xué)中的“點(diǎn)電荷”模型、光學(xué)中的“點(diǎn)光源”模型等奠定了良好的基礎(chǔ)。使學(xué)生學(xué)習(xí)這些新知識時(shí)容易理解和接受。

2.建立和正確使用物理模型有利于學(xué)生將復(fù)雜問題簡單化、明了化，使抽象的物理問題更直觀、具體、形象、鮮明，突出了事物間的主要矛盾。

3.建立和正確使用物理模型對學(xué)生的思維發(fā)展、解題能力的提高起著重要的作用。可以把復(fù)雜隱含的問題化繁為簡、化難為易，收到事半功倍的效果。每一個(gè)物理過程的處理，物理模型的建立，都離不開對物理問題的分析。教學(xué)中，通過對物理模型的設(shè)計(jì)思想及分析思路的教學(xué)，能培養(yǎng)學(xué)生對較復(fù)雜的物理問題進(jìn)行具體分析，區(qū)分主要因素和次要因素，抓住問題的本質(zhì)特征，正確運(yùn)用科學(xué)抽象思維的方法解決物理問題的能力，有助于學(xué)生思維品質(zhì)的提高，有助于學(xué)生掌握物理學(xué)的研究方法。

4.教會學(xué)生正確的物理思維方法。正確的思維方法是提高思維能力的基礎(chǔ)，由于年齡的關(guān)系，學(xué)生一般多注意知識的學(xué)習(xí)，并不關(guān)心自己的思維方法是否正確，也不懂不同階段的學(xué)習(xí)對思維方法有不同要求，更不能自覺地糾正一些不正確的思維方法，這就影響了思維發(fā)展。因此，指導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用正確的思維方法是很重要的。

錯(cuò)誤的思維方法會嚴(yán)重影響學(xué)生對物理概念、物理規(guī)律和物理過程的分析和理解。在理想模型的建立和分析的教學(xué)過程中，要摸清學(xué)生各種錯(cuò)誤的思維方法，及時(shí)予以糾正。例如，學(xué)生受了絕對化的片面思維方法的影響，不理解物理學(xué)中采用的理想化的思維方法，以為理想化不精確，脫離實(shí)際，有時(shí)對教師導(dǎo)出的某公式所采用的近似方法表示不可理解，在實(shí)驗(yàn)中追求百分之百的精確度。糾正這類思想的方法是指出理想化的普遍性和可靠性，說明理想化方法是突出事物的主要性質(zhì)和影響物質(zhì)變化的主要方面。它可以使問題的處理大大簡化，又不會與實(shí)際產(chǎn)生大的偏差，為物理研究過程所普遍采用，許多定律都有理想化的研究對象和理想化的條件。在教學(xué)中近似處理問題時(shí)，要以具體數(shù)字說明近似處理后不會產(chǎn)生大的偏差。 這樣能促進(jìn)學(xué)生能力的提高，也提示學(xué)生應(yīng)用同樣的方法處理問題。