建立模型法

物理學是研究物質相互作用規律及其基本結構的科學，從物理學的性質特點看，物理學是一門具有方法論性質的科學，物理學研究探知物質世界的方法是我們認識自然的基本方法之一。物理學的發展豐富了哲學的內容，促進了哲學的發展。

物理學方法很多，如實驗法、模型法、推理法、分析法、假設法、圖象法、數學方法等等，而模型法在形成物理概念、建立物理規律中起著重要作用。

所謂物理模型，是人們為了研究物理問題的方便和探討物理事物的本身而對研究對象所作的一種簡化描述，是以觀察和實驗為基礎，採用理想化的辦法所創造的，能再現事物本質和內在特性的一種簡化模型。理想化的物理模型既是物理學賴以建立的基本思想方法，也是物理學在套用中解決實際問題的重要途徑和方法，這種方法的思維過程要求學生在分析實際問題中研究對象的條件、物理過程的特徵，建立與之相適應的物理模型，通過模型思維進行推理。

基本介紹

• 中文名：建立模型法
• 種類1：物理對象模型
• 種類2：物理過程模型
• 種類3：理想化實驗模型

模型的種類

物理對象模型

實際物體在某些特定條件下往往可抽象為理想的研究對象，即物理對象模型。物理中常見物理對象的理想模型有：質點、剛體、彈性體、理想流體、彈簧振子、單擺、點電荷、試驗電荷、無限大平板、點磁荷、純電阻（純電容、純電感）、光線、薄透鏡、點光源、絕對黑體、湯姆遜模型、盧瑟福模型等。如研究豎直放置在光滑圓弧形軌道上的物體作小幅度運動時就可以把它等效為單擺模型處理，研究長距離火車的平均速度也可以把火車看成一個沒有長度的質點。

物理過程模型

將實際物理過程進行處理，忽視次要因素，考慮主要因素；忽略個性，考慮共性，使之成為典型過程，即過程模型。比如：勻速直線運動，勻變速直線運動，拋體運動，勻速圓周運動，簡諧運動，質點運動的自由落體運動，完全彈性碰撞，電學中的穩恆電流，等幅振盪，熱學中的等溫變化、等容變化、等壓變化、絕熱變化等等都是物理過程、物理狀態的模型。比如：發射炮彈時炮彈在炮筒里的運動，火車、汽車等交通工具在開動後或停止前的一段時間內的運動，石塊從不太高的地方下落的運動等。由於它們的運動都很接近勻變速直線運動，我們可以把它們的運動當作勻變速直線運動來處理。

理想化實驗模型

在實驗的基礎上，抓住主要矛盾，忽略次要矛盾，根據邏輯推理法則，對過程進一步分析、推理，找出其規律。伽利略就是從斜槽上滾下的小球上另一個斜槽，後者坡度越大，小球滾得越遠的實驗基礎上，提出了他的理想實驗，從而推倒了延續兩千年的“力是維持運動不可缺少的原因”的結論，為慣性定律的產生奠定了基礎。

模擬式模型

物理概念和規律在形式上是抽象的，在內容上是具體的，因此，我們可以用模擬式模型來描述。比如：關於電場和磁場中引入的電場線、等勢面和磁感線等就是模擬式模型。其實，電場線、等勢面和磁感線都是為了研究電場和磁場而引入的一系列假想曲線（面），但是這些曲線（面）並非人們單憑主觀願望臆造出來的，用電場線、等勢面和磁感線這些模擬式模型能使一些看不見、摸不著的客觀事物變得具體化、形象化。

數學模型

客觀世界的一切規律原則上都可以在數學中找到它們的表現形式，物理學研究客觀世界時，通常採用抽象、概括的方法，將客觀條件模型化，同時將客體的屬性及運動變化規律數學公式化，這就使得物理學成為定量的精密的科學。在運用數學公式求解物理問題時，我們還可以作一些近似處理。例如：忽略一些小量或小量的高次項，將一些變數視為常量等。只要這種簡化與忽略是合理的，我們的解就會與實際情況符合得很好。

建立

在物理教學中引導學生學會建立物理模型的方法，是物理教學中科學方法教育的一項重要內容。能建立正確合理的模型，能透過現象識別、發現模型是解題的關鍵所在。可以從以下幾個方面引導學生建立物理模型。

實驗或多媒體課件引導

實驗是物理學的基礎，所以在建立物理模型時離不開實驗。其一般方法是先做有關實驗，使學生在腦海中留下一個直觀的、具體形象的物理模型，在此基礎上作抽象引導，形成一種思維輪廓，變成具有思維特徵的物理模型。然後再利用學生思維中已經建立起來的物理模型去解決一些實際問題。這樣建立起來的物理模型學生印象深刻。

另外，利用現代的多媒體技術的強大功能，將一些難以用傳統手段完成的物理過程清晰地展現在學生的面前，讓學生有一種身臨其境的感覺，刺激感觀，形成深刻的感性認識，為學生建立物理模型提供感性材料。

通過定義，進一步理解物理模型的內涵

有些物理模型的建立，沒有實驗可做，學生的感性知識又少，模型本身很抽象，這就需要從模型本身的特點先給予定義，然後在運用中進一步體會模型的內涵。例如建立“理想氣體”模型，首先給出一個框架，嚴格遵守氣體實驗定律的氣體，稱為理想氣體。然後分析實際氣體與理想氣體的區別，並說明實際氣體在壓強不太大（與大氣壓強相比），溫度不太低（與室溫相比）的情況下，可以近似視為理想氣體。最後運用理想氣體的定義處理具體問題。經過一段時間的運用之後學生就會更加清晰理解“理想氣體”的內涵，達到熟練掌握的程度。

例題、習題中引導，強化對物理模型的理解

建立物理模型在解答物理例題和習題中經常起著決定性的作用。例如在題目中出現“接觸面光滑”意即不考慮摩擦，“兩物體間的距離遠大於它的線度”意為物體可以視為質點，“輕質彈簧”或“輕繩”即指不考慮彈簧或繩的質量……學生若不知道這些模型所包含的物理意義，則不能正確解答有關習題。所以教師在例題的教學中應該注意著重引導分析，首先讓學生理解題中的物理圖景，明確題中涉及的物理模型，然後再用相應的數學模型來解題。

實際套用

在物理教學中，學生們常常反映物理難學，尤其是解題難。當然，難的原因很多，但其中很重要的一個原因就是這些學生對題目的物理過程不理解，不能把題目中的過程和物體簡化成理想的物理模型。事實告訴我們，千變萬化的物理習題都是根據一定的物理模型，結合某些物理關係，給出一定的條件，提出需要求的物理量的，而我們解題的過程，就是將題目隱含的物理模型還原、求結果的過程。