物理模型在初中力学教学中的应用研究

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1、物理模型在初中力学教学中的应用研宄摘要：力学是初中物理的重点与难点，物理模型教学是一种学习力学的有效方法。本文介绍了物理模型概念、分类，对初中阶段力学中用到的物理模型如质点、刚性绳等对象模型、光滑平面等条件模型、匀速直线运动等过程模型在应用中进行分析讨论，尤其对质点这一物理模型在作力的示意图与受力分析、无须考虑力矩、在空间位置的确定性等方面展开详尽的分析。最后介绍物理模型教学方法的好处以及在教学中的策略，在应用中认识物理模型是符合初中学生认知特点的有效策略。关键词：物理模型;初中教学;力学力学是

2、物理学的基础，以牛顿三大运动定律为核心构建起了经典力学的主体。浙教版《科学》七年级下册第三章《运动和力》是初中阶段力学的主要内容，内容虽然不多，但难度对于初中学生来说是较大的，特别是一些深层次的问题。如何才能有效地学好力学内容，一个重要的方法就是利用好物理模型。力学中物理模型在初中教材中并未提及，但是经常用到，下面就对初中阶段力学中用到的物理模型做一介绍并在应用中讨论分析，以便对其有一个深入全面的了解。一、物理模型的概念在面对复杂多变的物理现象时，人们总是遵循一条重要的原则，即从简到繁，先易后难

3、，循序渐进，层层深入。根据这个原则，人们把复杂的问题转化或分解成比较简单的问题。基于这样一个思维过程，就创建了物理模型。物理学上研宄的实际问题往往比较复杂，对实际问题进行科学抽象的处理，舍弃次要因素，抓住主要因素，用一种能反映本质特性的理想物体或过程，去描述实际的物体或过程。这一理想的物体或过程称之为物理模型。例如质点，它是一个没有大小和形状，只有质量的点。这样的点实际上是不存在的，物体再小，总有一定的大小和形状。但当物体的形状、大小及自身的转动情况相对于我们研宄的问题可以忽略时，我们就把物体理

4、想化为只有质量的点，即质点。如研宄地球绕太阳公转时，由于地球大小相较日地距离小得多，因此地球的大小、形状、转动情况都可以忽略掉，就可以把地球看成质点。但当研宄地球自转时，地球上各点转动情况各不相同，它的大小、形状就不能忽略，就不能把地球当质点来看。又如，研宄人在水平地面的受力情况，往往将空气浮力忽略，因为空气对人的浮力相对人的重力要小得多，这时就可以忽略空气对人的浮力，这就是理想化的过程，也是一种物理模型。但是如果研宄气球这样的物体，由于空气浮力与重力在差不多同一数量级上，这时空气浮力就不能忽略

5、掉。可见，物理模型就是一种理想化的物体或过程，具有高度的抽象性，能反映事物或过程的本质，但从上面例子也可以看出，物理模型也具有相对性和科学性，并不是任何情况下都可以将物体或过程用一定的物理模型来解决。因此，物理模型是理想化与科学性的统一。二、物理模型的分类及应用物理模型根据分类依据的不同，研宄者们有不同的分类，如汪崇渝将物理模型分为：（1）实物模型，即采用物质手段反映与客观事物（原型）相似关系的实体，如飞机、火箭模型等；（2）理论模型，通常是假说的形式，也可称为物理理论假设，是人们在还搞不清事物

6、的本质、结构、规律时，以实验事实和物理思维为基础，提出假说而建立的物理模型；（3）理想模型，是根据研宄对象和问题的特点，抓住主要的、本质的因素，建立的一个易于研究并能反映研宄对象主要特征的新形象。DavidHestenes认为，物理模型是对物理系统结构的表征，按其所描述的物理系统的结构类型（系统结构、几何结构、时间结构、相互作用结构），将物理模型分为三种：（1）几何模型，描述系统相对参照系的位置和系统内部的位形；（2）过程模型，描述系统状态变量随时间的变化情况；（3）相互作用模型，将系统与外界的

7、相互作用变量表示为系统的状态变量的函数。禹双青将物理模型分为公式模型、图表模型、结构模型，如麦克斯韦电磁场方程组、力的图示、晶体空间点阵结构等分属其类。汪崇渝将理想模型分为：（1）对象模型，指代替研究对象实体的理想化物理模型，如质点等；（2）过程模型，是将实际物理过程的次要因素忽略，只考虑主要因素的作用所引起的变化过程，如自由落体运动等；（3）条件模型，是把研宄对象所处的外部条件理想化后所建立的模型，如光滑平面等。本文就采用汪崇渝的三分法，将物理模型分为对象模型、过程模型和条件模型三类。下面仅就

8、初中阶段力学方面用到的物理模型介绍并举例加以应用。1.对象模型（1）质点质点是初中阶段力学中最重要的物理模型，浙教版《科学》教科书中并未提及，但是在力学中却时时刻刻在运用。上面已经说过，质点是一个可以忽略它的大小、形状及自身转动情况的有质量的点，它的这种理想化在应用中概括起来主要有三个方面的作用：①在力的示意图与受力分析的应用例h—物体A受到ION竖直向上的拉力，拉力作用在物体的上方，做这个拉力的示意图。分析：A受到的拉力示意图应该如图1(a)所示，而假如物体A可以看成质点的话，图1(b)、图1