物理學(xué)是一門研究物質(zhì)最普遍、最基本的運動形式的自然科學(xué)。而所有的自然現(xiàn)象都不是孤立的。這種事物之間復(fù)雜的相互聯(lián)系，一方面反映了必然聯(lián)系的規(guī)律性，同時又存在著許多偶然性，使我們的研究產(chǎn)生了復(fù)雜性。物理模型是在抓住主要因素忽略次要因素的基礎(chǔ)上建立起來的，它能具體、形象、生動、深刻地反映事物的本質(zhì)和主流。例如，在研究物體的機械運動時，實際上的運動往往非常復(fù)雜，不可能有單純的直線運動、勻速運動、圓周運動。為了使研究變?yōu)榭赡芎秃喕，我們常采取先忽略某些次要因素，把問題理想化的方法，如引入勻速直線運動、勻變速直線運動、勻速圓周運動和簡諧運動等理想化的運動。這就是先建立物理模型，然后在一定條件下，用于處理某些實際問題。
一、物理模型在教學(xué)中的作用。
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，我們在運動學(xué)中建立了“質(zhì)點”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)點的運動、萬有引力定律、物體的平動和轉(zhuǎn)動，以及電學(xué)中的“點電荷”模型、光學(xué)中的“點光源”模型等奠定了良好的基礎(chǔ)。使學(xué)生學(xué)習(xí)這些新知識時容易理解和接受。
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。
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，起到事半功倍的效果。
二、中學(xué)物理中常見的物理模型。
物理模型是物理思想的產(chǎn)物，是科學(xué)地進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：
1、物理對象模型化。物理中的某些客觀實體，如質(zhì)點，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)量的點來描繪，這是對實際物體的簡化。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)作質(zhì)點來處理。類似質(zhì)點的客觀實體還有剛體、點電荷、薄透鏡、彈簧振子、單擺、理想氣體、理想電流表、理想電壓表等等。
2、物體所處的條件模型化。當(dāng)研究帶電粒子在電場中運動時，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)中的勻強電場、勻強磁場等等，都是把物體所處的條件理想化了。
3、物理狀態(tài)和物理過程的模型化。例如，力學(xué)中的自由落體運動、勻速直線運動、簡諧運動、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、等壓變化等等都是物理過程和物理狀態(tài)的模型化。
4、理想化實驗。在實驗的基礎(chǔ)上，抓住主要矛盾，忽略次要矛盾，根據(jù)邏輯推理法則，對過程進一步分析、推理，找出其規(guī)律。例如，伽利略的理想實驗為牛頓第一定律的產(chǎn)生奠定了基礎(chǔ)。
5、物理中的數(shù)學(xué)模型？陀^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，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，也只能是客觀實體的近似的定量描述。例如，在研究外力一定時加速度和質(zhì)量的關(guān)系實驗中，認(rèn)為小車受到的拉力等于砂和砂桶的重力，其實，小車受到的拉力不正好等于砂和砂桶的總重力。只有砂和砂桶的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車和砝碼的總質(zhì)量時，才可近似地取砂和砂桶的總重力為小車所受的拉力，這是我們采取簡化計算的一種數(shù)學(xué)模型。單擺作簡諧運動時，為什么要求擺角小于10度？這是因為只有在這種情形下，單擺的回復(fù)力才近似與位移成正比，才滿足簡諧運動的條件。
三、物理模型在教學(xué)中的運用
1.建立模型概念，理解概念實質(zhì)。概念是客觀事物的本質(zhì)在人腦中的反映，客觀事物的本質(zhì)屬性是抽象的、理性的。要想使客觀事物在人腦中有深刻的反映，必須將它與人腦中已有的事物聯(lián)系起來，使之形象化、具體化。物理模型大都是以理想化模型為對象建立起來的。建立概念模型實際上是撇開與當(dāng)前考察無關(guān)的因素以及對當(dāng)前考察影響很小的次要因素，抓住主要因素，認(rèn)清事物的本質(zhì)，利用理想化的概念模型解決實際問題。如質(zhì)點、剛體、理想氣體、點電荷等等。學(xué)生在理解這些概念時，很難把握其實質(zhì)，而建立概念模型則是一種有效的思維方式。
2.認(rèn)清條件模型，突出主要矛盾。條件模型就是將已知的物理條件模型化，舍去條件中的次要因素，抓住條件中的主要因素，為問題的討論和求解起到搭橋鋪路、化難為易的作用。例如，我們在研究兩個物體碰撞時，因作用時間很短，忽略了摩擦等阻力，認(rèn)為系統(tǒng)的總動量保持不變。條件模型的建立，能使我們研究的問題得到很大的簡化。
3.構(gòu)造過程模型，建立物理圖景。過程模型就是將物理過程模型化，將一些復(fù)雜的物理過程經(jīng)過分解、簡化、抽象為簡單的、易于理解的物理過程。例如，為了研究平拋物體的運動規(guī)律，我們先將問題簡化為下列兩個過程：第一，質(zhì)點在水平方向不受外力，做勻速直線運動；第二，質(zhì)點在豎直方向僅受重力作用，做自由落體運動？梢姡^程模型的建立，不但可以使問題得到簡化，還可以加深學(xué)生對有關(guān)概念、規(guī)律的理解，有利于培養(yǎng)學(xué)生思維的靈活性。
4.轉(zhuǎn)換物理模型，深入理解模型。通過對理想化模型的研究，可以完全避開各種因素的干擾，在思維中直接與研究對象的本質(zhì)接觸，能既快又準(zhǔn)確地了解事物的性質(zhì)和規(guī)律。例如，建立起“單擺”這一理想化模型后，理解了單擺的周期公式，可以解決類似于單擺的一系列問題：在豎直的光滑圓弧軌道內(nèi)作小幅度滾動的小球的周期問題；在豎直的加速系統(tǒng)內(nèi)擺動的小球的周期問題；在光滑斜面上擺動的小球的周期問題。
四、使用模型應(yīng)注意的問題。
1.模型是在一定條件下適用的。建立物理模型，可使問題的處理大為簡化而又不會發(fā)生大的偏差。現(xiàn)實世界中，有許多事物與這種“理想模型”十分接近，在一定場合、一定條件下，作為一種近似，可以把實際事物當(dāng)作“理想模型”來處理，但也要具體問題具體分析。例如，在研究地球繞太陽公轉(zhuǎn)運動的時候，由于地球與太陽的平均距離(約14960萬千米)比地球半徑(約6370千米)大得多，地球上各點相對于太陽的運動可以看作是相同的，即地球的形狀、大小可以忽略不計，這樣就可以把地球當(dāng)作一個“質(zhì)點”來處理；但在研究地球自轉(zhuǎn)時，地球上各點的轉(zhuǎn)動半徑不同，地球的形狀、大小不可以忽略，不能把地球當(dāng)作一個“質(zhì)點”來處理。
2.物理模型是在不斷完善發(fā)展的。隨著社會的不斷進步，人類對事物的本質(zhì)的認(rèn)識也是不斷深入和提高的，物理模型也相應(yīng)地由初級向高級發(fā)展并不斷完善。例如，原子模型的提出就是一個不斷完善的過程。起初，人們認(rèn)為原子是不可分的，其英文名稱atom的原義，即不可分割的意思。直到1897年湯姆生通過陰極射線實驗發(fā)現(xiàn)電子，揭開了原子結(jié)構(gòu)的序幕，湯姆生認(rèn)為：原子是一個球體，正電荷均勻分布在球內(nèi)，電子像棗糕里的棗子那樣鑲嵌在原子里，這就是湯姆生的“棗糕式”原子模型，此模型能說明原子是中性的，并能說明輻射電磁波形成原子光譜，但解釋不了α粒子散射現(xiàn)象。盧瑟福進行了α粒子散射實驗，他認(rèn)為：在原子的中心有一個很小的核，叫原子核，原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核里，帶負(fù)電的電子在核外空間繞核旋轉(zhuǎn)，這就是盧瑟福的“原子核式結(jié)構(gòu)”模型，此模型可以解釋α粒子散射實驗，還可以估算出原子核的大小，但與經(jīng)典電磁理論產(chǎn)生了兩個矛盾。玻爾為了解決上述矛盾，提出了原子的“軌道量子化”模型，這種模型的內(nèi)容是三條假設(shè)：即能級假設(shè)、躍遷假設(shè)、軌道假設(shè)。
總之，由于客觀事物具有多樣性，它們的運動規(guī)律往往是非常復(fù)雜的，不可能一下子把它們認(rèn)識清楚。而采用理想化的客體(即物理模型)來代替實在的客體，就可以使事物的規(guī)律具有比較簡單的形式，從而便于人們?nèi)フJ(rèn)識和掌握它們。建立正確的物理模型可使我們對物理本質(zhì)的理解更加細(xì)致深入，對物理問題的分析更加清晰明了。所以，物理模型在教學(xué)領(lǐng)域有著重要的價值。