物理模型发展学生能力的研究报告

1、物理模型发展学生学习能力的研究报告 巴彦县兴隆中学寇仲祥刚上高一的新生，经过一段时间的学习。绝大多数新生认为高中物理太难学。老师讲就会自己做根本做不上。针对这种情况，我认真分析产生这种情况的原因。在采用新教法的同时，指导学法，帮助他们走出困境，最终喜欢物理，并能自主学习。我认为产生这种情况的原因，（1）高中物理教材不同于初中教材，高中教材在初中教材的基础上引导学生由形象思维向抽象思维发展，从而使学生的思维产生了一个质的飞跃。所以在高中课程的教学过程中大多数研究的对象是一些物理模型，这些物理模型既原于实践,而又高于实践。具有一定的抽象概括性。正因为如此，学生普遍感觉高中物理难学：听听还懂,解决实

2、际问题就困难。（2）在于他们的思维方式和学习方法不适合。高一新生还是习惯于初中的那种形象思维方式，只会记概念、规律的静态结论，遇到问题只想套哪个公式，只会照葫画瓢，模仿性地解决一些简单的物理问题，而不善于通过观察分析，提炼出现实情景的物理模型,然后结合到相关的知识体系中去加以处理，最后得到问题的解决。(3) 高一新生对题目的物理过程缺乏深入理解，不能把题中的物体和过程抽象为理想模型，影响了学习物理的兴趣和积极性、培养学生建立理想模型的理念，。提高习题解答的可操作性，成为学习中的当务之急。所以我在教学过程中，特别重视对学生建模意识的培养,只有建立物理模型，才使学生在解决物理问題时能在头脑中清晰地

3、构建出情景条件的物理模型，迅速找到解决问题的方法。首先，我给学生讲清什么是物理模型，生活中我们见到的很大的实物，为了研究它我们按一定的比例做一个模型，如飞机模型，军舰模型。这些能从外观上反映他们的特性。对物理的学习我们也可以建模型。那么什么是物理模型？物理模型就是指：为了便于着手分析与研究复杂的实际问题，人们常常采用“简化”的方法，对实际问题进行科学抽象的处理，用一种能反映原物本质特性的理想物质（过程）或假想结构，去描述实际的事物（过程）。这种理想物质（过程）或假想结构称之为“物理模型”。也是人们为了研究物理问题的方便和探讨事物的本质而对研究对象所作的一种简化的描述或模型。从广义上讲，物理学中

4、的各种物理概念，如物质、长度、时间等都可称为物理模型，物理学上的研究对象、对象的状态、状态的变化过程等均可称为物理模型；从狭隘上说，反映特定的物理现象、物理问题的理想化实体、理想化过程、理想化状态、理想化结构等，叫物理模型。高中阶段物理模型大体可分为1、对象物理模型 即把物理问题的研究对象模型化。如物理教材中提到的：“质点”、“点电荷 ”等都属于这类模型。2、过程物理模型 即把研究的物理对象的实际运动过程进行近似处理，排除其在实际运动过程中的一些次要因素的干扰，使之成为理想的典型过程。如物理教材中提到的，“匀速直线运动”、自由落体运动“等温”过程、两物体的弹性碰撞过程等都属于这一类型。3、条件

5、物理模型 即排除物体所处外部条件的次要因素，突出主要方面。如中学学过的“接触面光滑”、“绝热”等。 4、状态模型。物理学中研究对象的状态用物理状态参量描述，如一定质量的理想气体的状态用三个状态参量p、V、T来表征，某一运动系统的运动状态用位置、速度、加速度来描述。这些状态量所表达的就是状态物理模型。 物理模型的特点及作用l、物理模型是抽象性和形象性的统一。物理模型的建立是舍弃次要因素，把握主要因素，化复杂为简单，完成由现象到本质、由具体到抽象的过程，而模型的本身又具有直观形象的特点。例如物理必修（一）我们接触的第一个物理模型-质点就是忽略了物体的大小形状抽象一个有质量的点，模型是对实际问题的抽

6、象，每一个模型的建立都有一定的条件和使用范围学生在学习和应用模型解决问题时，要弄清模型的使用条件，要根据实际情况加以运用。比如一列火车的运行，能否看成质点，就要看具体问题，例如计算长100米的火车以5米秒的速度匀速通过长为200米铁路桥所用的时间。在这个问题中火车的长度不能忽略，不能视为质点。同样是这列火车以相同的速度运行，求由哈尔滨到上海的时间，火车的长度远远小于哈尔滨到上海的距离，所以火车可以视为质点。2、物理模型是科学性和假定性的辩证统一，物理模型不仅再现了过去已经感知过的直观形象，而且要以先前获得的科学知识为依据，经过判断、推理等一系列逻辑上的严格论证，所以，具有深刻的理论基础，即具有

7、一定的科学性。理想模型来源于现实，又高于现实，是抽象思维的结果。所以又具有一定的假定性，只有经过实验证实了以后才被认可，才有可能发展为理论。在物理必修（一）学习牛顿第一定律的形成时伽利略让小球从弯曲的斜槽上自由下落，当斜槽充分光滑时，小球可沿另外一端斜槽上升到初始高度，如果另外一端斜槽末端越接近水平，小球为达到初始高度,将运动很远。如果末端完全水平，小球将一直运动下去，永不停止。正因为伽利略构建了光滑这一理想化的模型，才有惯性定律的重大发现。物理模型有如下作用：(1)有助于使抽象的知识具体化：(2)有助于使抽象的思维的形成：(3)有助于使抽象的创新能力的提高培养自主学习能力。有了以上理论支持我

8、在教学中具体做法如下：第一，掌握知识阶段。用物理模型使抽象的知识具体化，使学生对知识的理解很丰富、饱满，记忆条理清楚，应用时快速、准确。在讲授物理知识时需要列举较多的典型实例，用以在学生头脑中形成对抽象知识的感性认识，每一个物理知识、物理现象、物理规律都有一个或多个具体的物理模型存在学生的大脑中，便于学生理解物理知识，并有利于学生把学过的知识编辑到学生已有的知识结构中，这种结构化的知识记忆，记忆速度快，记忆时间长，提取知识明确、快捷。在讲运动描述一章时构建质点模型，匀速直线运动模型，讲匀变速规律时构建自由落体模型，讲弹力时构建轻杆模型，轻绳模型，轻弹簧模型，讲牛顿定律时构建传输带模式，讲曲线运

9、动时构建平抛模型，圆周运动临界问题构建轻绳拉小球模型，轻杆拉小球模型，讲动量守恒时构建小球碰撞模型，子弹打木块模型，爆炸模型，人船模型等等，用物理模型使抽象的知识具体化。第二，创设物理情景，让学生分析、判断，建立理想化的物理模型，并应用物理模型解决实际问题。在这一阶段，要求学生对面临的问题先进行直觉思维，看出物理问题的结果或看出物理问题的规律，然后用物理模型进行分析、验证：要求学生对每个面临的问题要多角度、多层次的分析，拓展解题思路。下面对中学物理习题解答中，如何建立模型和应用模型谈谈个人的做法。一 构建轻绳拉小球，轻杆拉小球模型，解决竖直面圆周运动临界问题。例如：质量为1千克的实心小球用长为

10、0.4,米不可伸长的轻绳栓住。在竖直面内做圆周运动，当小球通过最低点速度为4米美秒，问小球能否通过最高点？当V=5能否通过最高点？绳的拉力多大？把轻绳换成轻杆又如何？（g=10）首先分析该题所给的条件，指导学生构建轻绳拉小球，轻杆拉小球模型这是一个非常重要的物理模型对解决 竖直面临界问题很实用。对轻绳拉小球模型，小球刚好通过最高点的最小速度V=,轻杆拉小球模型小球在最高点的最小速度V=0速度，对本题中小球由最低点到最高点的过程构建机械能守恒模型。解析：以小球为研究对象，设小球在最高点的速度为V,对由最低点到最高点的过程应用机械能守恒定律，以最低点为零势面，列方程：=+ 解得：=0小于最小速度所

11、以不能通过最高点。 当速度V=时同理列方程解得：=3大于V=2所以能通过最高点。求轻绳的拉力：小球在最高点受力如图，对小球应用牛顿二定律得 T+ T=52.5N当把轻绳换成轻杆时：在题中第一条件下小球刚好到达最高点且重力等于轻杆的支持力。 当=3时设轻杆对小球的拉力为F，对小球应用牛顿第二定律得：F+ F=52.5N为了加深学生对这种题型的理解我把上题稍加改动让学生独立完成 变式一：轻杆拉小球在竖直面内做圆周运动，小球通过最高点的速度V=时，判断杆对小球的作用力是拉力还是支持力？并求出数值变式二：轻绳拉小球在竖直面做圆周运动，小球刚好通过最高点，求小球运动到最低点对轻绳的拉力多大？换成轻杆拉力

12、是多大？二，构建平抛模型，解决带电粒子在电场中偏转问题。带电粒子在电场中偏转是静电场中的难点，通过构建平抛模型可以突破难点。例如：水平放置的两块平行金属板长L=5.0，两板间距1.0，两板间电压为90V，且上板为正，一个电子沿水平方向以速度dyxsly0OPM 2X，从两板中间射入如图，不计重力，求（1）电子偏离金属板时的侧位移是多少？（2）电子飞出电场时的速度时多少？（3）电子离开电场后打在屏上得P点，若S=10求OP的高度首先构建模型,电子的重力不计只受电场力，电场力方向与速度方向垂直，电子在水平方向做匀速直线运动，竖直方向做初速度为零的匀加速运动，与平抛运动类似-建平抛模型。解析：（1）电子在电场中的加速度a= 侧位移即竖直方向的位移y= t= 则y=0.5cm (2)电子飞出电场时吗，水平分速度v=v,竖直速度 v=at=4x10则电子飞出电场时的速度 v=2.04x10 与水平方向夹角 tano=0.2 (3)电子飞出电场后做匀速直线运动，则OP=y+stano=2.5cm从以上例题可以看出，复杂的综合题往往是由多个相关联的物理模型组成，只有准确还原设计题目时所依据的物理模型，才能在解题者头脑中形成清晰的物理图景，理清正确思路，顺利解题。 经过几个学期师生的共同努力，使绝大多数学生对各部分物理都能构