重视物理模型整合培养学生创新能力

1、重视物理模型整合培养学生创新能力高中物理我们学过的物理模型很多，有些模型相似、相异, 学生们很容易混淆，往往缺乏知识的迁移能力而无从下手。 所以，我们在教学中，不但要重视学生物理建模能力的培养, 还要注意物理模型的整合。这样，在遇到新问题的时候，可 用熟知的物理模型去解决，起到事半功倍的效果。下面，具 体谈谈在物理教学中如何对物理模型进行有效整合，从而达 到构建良好认知的目的，培养学生的创新能力。一、整合一些典型的物理模型、提高学生的审题能力、 建模能力、解题思维的方式物理模型很多，主干知识力学、电学的主要物理模型有: 平衡模型、平抛模型、圆周运动模型、带电粒子在匀强电场 中运动的模型、带电粒

2、子在匀强磁场中运动的模型等等。例1:力学典型平衡模型的整合（近几年各地高考中考 查有关力学平衡模型的试题）。整合这些典型的力学平衡模 型，使学生对平衡问题有深刻的理解。二、整合相似物理模型的问题，揭示物理模型间的联系, 提高学生的建模能力、解题的迁移能力针对原有物理问题中包含的一些重要的、共性化的物理 模型，引导学生对这些已做物理问题进行整合，加深学生对 物理模型本质的认识，提高建模能力和解题的迁移能力。例2：最大速度模型的整合根据牛顿第二定律，由于物体所受合力减少，所以物体 的加速度变小，但是速度增大，当物体所受的合力为零即加 速度为零时，物体的速度最大。最大速度模型是一个重要的物理模型，学

3、生通过解答这 些问题揭示解答这类问题的共同思路（通过受力分析，结合 牛顿第二定律可知当合力为零的时候速度最大）。例3：带电粒子平行射入圆形磁场物理模型的整合带电粒子在匀强磁场中的运动是高考物理的重点内容， 整合带电粒子在匀强磁场的运动规律，可提高学生的审题能 力、建模能力、分析问题的能力。 如图a。半圆有界匀强磁场的圆心01在x轴上，001 距离等于半圆磁场的半径，磁感应强度大小为b1。虚线mn, 平行x轴且与半圆相切于p点。在mn上方是正交的匀强电 场和匀强磁场，电场场强大小为e,方向沿x轴负向，磁场 磁感应强度大小为b2o bl. b2方向均垂直纸面，方向如图 所示。有一群相同的正粒子，以

4、相同的速率沿不同方向从原 点0射入第i象限，其中沿x轴正方向进入磁场的粒子经过p点射入mn后，恰好在正交的电磁场中做直线运动，粒子质量为m,电荷量为q （粒子重力不计）。试证明：题中所有 从原点0进入第i象限的粒子都能在正交的电磁场中做直线 运动。电子质量为m,电荷量为e,从坐标原点0处沿xoy 平面射入第一象限，射入时速度方向不同，速度大小均为vo, 如图b所示。现在某一区域加一方向向外且垂直于xoy平面 的匀强磁场，磁感应强度为b,若这些电子穿过磁场后都能 垂直射到荧光屏mn上，荧光屏与y轴平行，求：所加磁场 范围的最小面积。（图a）（图b）（图c）这2道题目，都可归结到一个模型。当带电粒

5、子在磁场 中匀速圆周运动的半径和圆形磁场的半径相同时，如果带电 粒子平行射入磁场，将从同一点飞出，反之，如果从磁场中 的同一点射入，必将平行射出。如图c,抓住这一类物理现 象的共同规律后，题目就迎刃而解。三、整合相异物理模型的问题，揭示物理模型间的区别, 构建清晰化模型结构针对学生容易混淆的相异物理模型，包含这些模型的易 错问题进行整合，让学生在整合解答中揭示这些"形同质 异”问题和模型的本质区别，整合构建一个清晰化模型结 构。例4：竖直平面内圆周运动模型的整合通过对外球面模型（通过摩天轮上的最高点）、内球面 模型（过山车通过最高点）、细杆模型（打夯机上转动物体 通过最高点）三个形同

6、质异的问题进行整合，引导学生分析 解答这三个整合问题，揭示这三个问题中所包含物理模型的 差异，从而构建一个清晰的物理模型结构，使学生对不同情 况下圆周运动的最髙点的临界速度有了深刻的认识。四、不同的物理模型相似的解题方法的整合物理解题的方法有很多，例如等效法、隔离法、整体法、 对称法、极值法、图像法、守恒法等等。有效的整合解题方 法，可以加深学生对这些重要解题方法的认识，内化解题方 法，促进认知中方法的综合贯通。例5：包含对称的解题的方法物理模型的整合两块质量分别为ml和m2的木块，用一根劲度系数为k的轻弹簧连在一起，现在ml上施加压力f,如图d。为了使撤去f后ml跳起时能带起m2，则所加压力

7、f应多大？ 设想地心有物体，质量为m,则地球对物体的万有引 力为多少？ a.o. b.mg. c.无穷大、d.不能确定。 如图e。两个共轴的圆筒形金属电极，外电极接地，其上均匀分布着平行于轴线的四条狭缝q、b、c和d,外筒 的半径为roo在圆筒之外的足够大区域中有平行于轴线方向 的均匀磁场，磁感强度的大小为b,在两极间加上电压，使 两圆筒之间的区域内存在沿半径向外的电场。一质量为m、 带电量为+q的粒子，从紧靠内筒且正对狭缝a的s点出发， 初速度为零。如果该粒子经过一段时间的运动之后恰好又回 到出发点s,则两电极之间的电压u应是多少？（不计粒子 的重力，整个装置在真空中）（图d）（图e）（图f

8、）1）撤去f后，系统作简谐运动，该运动具有明显的对 称性，该题可利用最高点与最低点的对称性来求解。2）地 球其中任何一部分对此物体的吸引，均有一个与之对称的等 大反向的吸引，所以地球对物体的万有引力合力为oo 3）该 题粒子的运动具有周期性，对应的轨迹具有对称性如图f所 示，所以只要粒子能沿半径方向进入b狭缝，它就能回到s 点。上述三个例题，都渗透着运用对称的思想解题的方法。 学生们通过对这三个问题的研究，加深了对用对称法解答物 理题目的认识，并在认知中得到内化。五、同一物理模型不同的解题方法的整合从近几年的高考中我们可以发现，有很多的高考题目平 常我们都似曾相识，但是这些题目都在我们原有的基

9、础上加 以改动或改进，比如改变某一个限制条件、物理情景、把原 题目要求解的问题作为新题的条件、而原题已知的条件作为 新题求解的内容等等。例6：导体棒在匀强磁场中运动的物理模型的整合导体棒在匀强磁场中运动不同条件下的运动问题，求导 体棒上的安培力如何变化。例7：包含测量电阻的多种不同方法物理模型的整合每一种解题方法都有一定的适用范围，通过对解答某一 类问题，不同解题方法的整合，揭示不同方法间的联系和区 别，引导学生系统地掌握解答某类问题的思路方法。教师要 根据实际课时的内容安排，及时向学生强调基本物理模型建 立的过程和条件，要求学生牢固把握住这些基本的物理模 型。模型是从物理现象通向解决问题的桥梁，通过不断概括、 应用物理模型，提高了学生解决问题的能力，培养了创新能 力。总之，我们在教学中不但要重视学生物理建模能力的培 养，还要注意物理模型的整合。只有