中學(xué)物理中的物理模型(全文)

中學(xué)物理中的物理模型(全文)中學(xué)物理中的物理模型(全文)全文共6頁(yè)，當(dāng)前為第1頁(yè)。中學(xué)物理中的物理模型(全文)中學(xué)物理中的物理模型(全文)全文共6頁(yè)，當(dāng)前為第1頁(yè)。一、物理模型的概念及功能

物理學(xué)所分析、研究的實(shí)際問(wèn)題往往很復(fù)雜，有眾多的因素，為了便于著手分析與研究，物理學(xué)往往采用一種“簡(jiǎn)化”的方法，對(duì)實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行科學(xué)抽象化處理，保留主要因素，略去次要因素，得出一種能反映原物本質(zhì)特性的理想物質(zhì)（過(guò)程）或假想結(jié)構(gòu)，此種理想物質(zhì)（過(guò)程）或假想結(jié)構(gòu)就稱(chēng)之為物理模型。

物理模型按其設(shè)計(jì)思想可分為理想化物理模型和探索性物理模型。前者的特點(diǎn)是突出研究客體的主要矛盾，忽略次要因素，將物體抽象成只具有原物體主要因素但并不客觀存在的物質(zhì)（過(guò)程），從而使問(wèn)題簡(jiǎn)化。如質(zhì)點(diǎn)模型、點(diǎn)電荷模型、理想氣體模型、勻速直線運(yùn)動(dòng)模型等等。后者的特點(diǎn)是依據(jù)觀察或?qū)嶒?yàn)的結(jié)果，假想出物質(zhì)的存在形式，但其本質(zhì)屬性還在進(jìn)一步探索之中。如原子模型、光的波粒二象性模型等等。

人們建立和研究物理模型的功能主要在于：

一是可以使問(wèn)題的處理大為簡(jiǎn)化而又不會(huì)發(fā)生大的偏差，從中較為方便地得出物體運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律；

二是可以對(duì)模型討論的結(jié)果稍加修正，即可用于對(duì)實(shí)際事物的分析和研究；

三是有助于對(duì)客觀物理世界的真實(shí)認(rèn)識(shí)，達(dá)到認(rèn)識(shí)世界，改造世界，為人類(lèi)服務(wù)之目的。

二、中學(xué)物理教材中經(jīng)常碰到的幾種物理模型

中學(xué)物理中的物理模型(全文)全文共6頁(yè)，當(dāng)前為第2頁(yè)。物理模型就它在實(shí)際問(wèn)題中所扮演角色或所起作用的不同，可分為：

1.物理對(duì)象模型即把物理問(wèn)題的研究對(duì)象模型化。

例如質(zhì)點(diǎn)，舍去和忽略形狀、大小、轉(zhuǎn)動(dòng)等性能，突出它具有所處位置和質(zhì)量的特性，用一個(gè)有質(zhì)量的點(diǎn)來(lái)描述，又如點(diǎn)電荷、彈簧振子、單擺、理想變壓器、理想電表等等，都是屬于將物體本身的理想化。

另外諸如點(diǎn)光源、電場(chǎng)線、磁感線等，則屬于人們根據(jù)它們的物理性質(zhì)，用理想化的圖形來(lái)模擬的概念。

2.物理過(guò)程模型即把研究對(duì)象的實(shí)際運(yùn)動(dòng)過(guò)程進(jìn)行近似處理。排除其在實(shí)際運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的一些次要因素的干擾，使之成為理想的典型過(guò)程。

如研究一個(gè)鐵球從高空中由靜止落下的過(guò)程。首先應(yīng)考慮吸引力，由公式F=GMmr2可知，鐵球越接近地面，F(xiàn)就越大，其次還要考慮空氣阻力、風(fēng)速、地球自轉(zhuǎn)等影響。這樣考查鐵球下落運(yùn)動(dòng)過(guò)程就顯得十分復(fù)雜，研究起來(lái)十分不便。為此，我們?cè)谘芯窟^(guò)程上突出鐵球下落的主要因素，即受重力作用，而忽略其它次要影響，并把重力視為恒力，通過(guò)如此簡(jiǎn)化，使研究問(wèn)題簡(jiǎn)化，其研究結(jié)果也不致影響到基本規(guī)律的正確性。從而成為物理學(xué)中一個(gè)典型的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，即自由落體運(yùn)動(dòng)。這種物理模型稱(chēng)之為過(guò)程模型。

教材中的勻速直線運(yùn)動(dòng)、簡(jiǎn)諧振動(dòng)、彈性碰撞；理想氣體的中學(xué)物理中的物理模型(全文)全文共6頁(yè)，當(dāng)前為第3頁(yè)。等溫、等容、等壓、絕熱變化等等都是將物理過(guò)程模型化。

3.物理?xiàng)l件模型如自由落體運(yùn)動(dòng)規(guī)律就是在建立了“忽略空氣阻力，認(rèn)為重力恒定”的條件模型之后才得出來(lái)的。力學(xué)中的光滑斜面；熱學(xué)中的絕熱容器；電學(xué)中的勻強(qiáng)電場(chǎng)、勻強(qiáng)磁場(chǎng)等等，也都是把物體所處的條件理想化了。

4.物理等效模型即通過(guò)充分挖掘原有物理模型的特征去等效具有相似性質(zhì)或特點(diǎn)的現(xiàn)象和相似運(yùn)動(dòng)形態(tài)的物質(zhì)和運(yùn)動(dòng)。如將理想氣體分子等效為彈性小球，并用彈性小球?qū)ζ鞅诘呐鲎踩ソ忉尯屯茖?dǎo)氣體壓強(qiáng)公式，用單擺振動(dòng)模型去等效類(lèi)比電磁振蕩過(guò)程等等。

5.物理實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ驮趯?shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，抓住主要矛盾，忽略次要矛盾，然后根據(jù)邏輯推理法則，對(duì)過(guò)程作進(jìn)一步的分析，推理，找出其規(guī)律，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

如伽利略就是從斜槽上滾下的小球滾上另一斜槽，后者坡度越小，小球滾得越遠(yuǎn)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上提出了他的理想實(shí)驗(yàn)――在無(wú)摩擦力情況下，從斜槽滾下的小球?qū)⒁院愣ǖ乃俣仍跓o(wú)限長(zhǎng)的水平面上永遠(yuǎn)不停地運(yùn)動(dòng)下去，從而推翻了延續(xù)兩千多年的“力是維持物體運(yùn)動(dòng)的不可缺少”的結(jié)論，為慣性定律（牛頓第一定律）的產(chǎn)生奠定了基礎(chǔ)。

再如在研究電場(chǎng)強(qiáng)度時(shí)，設(shè)想在電場(chǎng)中放置一個(gè)不會(huì)引起電場(chǎng)變化的點(diǎn)電荷，去考查它在各點(diǎn)的Fq值等等。

6.物理數(shù)學(xué)模型即建立以物理模型為描述對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，中學(xué)物理中的物理模型(全文)全文共6頁(yè)，當(dāng)前為第4頁(yè)。進(jìn)行對(duì)客觀實(shí)體近似的定量計(jì)算，從而使問(wèn)題由繁到簡(jiǎn)。如單擺的擺線與豎直方向的夾角不得大于50，使弧線計(jì)算轉(zhuǎn)化為三角計(jì)算等等。

三、物理模型在中學(xué)物理教學(xué)中的地位和作用

1.建立正確鮮明的物理模型是物理學(xué)研究的重要方法和有力手段之一

物理學(xué)所研究的各種問(wèn)題，在實(shí)際上都涉及許多因素，而模型則是在抓住主要因素，忽略次要因素的基礎(chǔ)上建立起來(lái)的。它具有具體形象、生動(dòng)、深刻地反映了事物的本質(zhì)和主流這一重要屬性。

如“質(zhì)點(diǎn)”模型，在物體的宏觀平動(dòng)運(yùn)動(dòng)中，描述運(yùn)動(dòng)的物理量位移、速度、加速度等對(duì)同一物體來(lái)說(shuō)其上各點(diǎn)都相同，在這些問(wèn)題的研究中，運(yùn)動(dòng)物體的大小和形狀是可不考慮的，故可將運(yùn)動(dòng)物體質(zhì)點(diǎn)化，即用質(zhì)點(diǎn)模型來(lái)取代真實(shí)運(yùn)動(dòng)的物體。

2.正確鮮明的物理模型本身就是重要的物理內(nèi)容之一，它與相應(yīng)的物理概念、現(xiàn)象、規(guī)律相依托

人們認(rèn)識(shí)原子結(jié)構(gòu)的進(jìn)程中，從湯姆遜模型到盧瑟福模型的飛躍就是生動(dòng)的反映。

愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程的建立成功地解釋了光電效應(yīng)，而它是建立在反映光粒子性的“光子”模型之上的。

諸多的事實(shí)都在說(shuō)明大凡物理現(xiàn)象、過(guò)程、規(guī)律都直接與之相應(yīng)的物理模型關(guān)聯(lián)著；一定的物理模型又是最生動(dòng)最集中地反中學(xué)物理中的物理模型(全文)全文共6頁(yè)，當(dāng)前為第5頁(yè)。映著相應(yīng)的物理概念、現(xiàn)象、過(guò)程和規(guī)律，二者密不可分。

3.正確鮮明的物理模型的建立，使許多抽象的物理問(wèn)題變得直觀化、具體化、形象化

例如，電場(chǎng)線對(duì)電場(chǎng)的描述，磁感線對(duì)磁場(chǎng)的描述。分子模型對(duì)理解分子動(dòng)理論的基本觀點(diǎn)，原子核式結(jié)構(gòu)對(duì)a粒子散射實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的解釋?zhuān)还庾幽Ｐ蛯?duì)光的粒子性的理解等等，凡是學(xué)物理的人都會(huì)感受到物理模型所給予的無(wú)可爭(zhēng)辯的重要作用。

四、物理模型的教學(xué)要著眼于學(xué)生掌握建立正確鮮明的物理模型這一根本方法

物理模型是物理基礎(chǔ)知識(shí)的一部分，屬物理概念的范疇。學(xué)習(xí)前人為我們創(chuàng)造的各種物理模型是完成教學(xué)內(nèi)容的重要組成部分，培養(yǎng)學(xué)生掌握這一方法，即對(duì)一個(gè)具體的物理內(nèi)容、現(xiàn)象或過(guò)程能反映出一幅鮮明的“物理圖景”，是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維能力的一個(gè)重要方面。為此，我們?cè)诮虒W(xué)中應(yīng)注意如下幾點(diǎn)：

1.講清各物理模型設(shè)計(jì)的依據(jù)。物理模型看上去是獨(dú)立的，但設(shè)計(jì)物理模型的思想是相通的。

2.講授物理模型要前后呼應(yīng)，觸類(lèi)旁通。運(yùn)動(dòng)學(xué)中建立的“質(zhì)點(diǎn)”模型，發(fā)展到質(zhì)點(diǎn)動(dòng)力學(xué)中，萬(wàn)有引力定律中，以至物體轉(zhuǎn)動(dòng)問(wèn)題中，還可引伸到單擺中的擺球，彈簧振子中的振子，甚至幫助我們建立電學(xué)中的點(diǎn)電荷模型，光學(xué)中的點(diǎn)光源模型。

3.物理模型思維貫穿在物理教學(xué)的過(guò)程中，隨著人們對(duì)某個(gè)物理問(wèn)題認(rèn)識(shí)的不斷深刻和提高，物理模型也必將隨之完善和準(zhǔn)中學(xué)物理中的物理模型(全文)全文共6頁(yè)，當(dāng)前為第6頁(yè)。確。例如對(duì)于光本性的問(wèn)題，人們從牛頓的微粒說(shuō)，惠更斯的波動(dòng)說(shuō)、電磁說(shuō)、粒子說(shuō)到波粒二象性，在此發(fā)展過(guò)程中光的模型也隨之一次次地得到深化。

4.在平時(shí)的例題教學(xué)中也是處處體現(xiàn)了物理模型的重要地位和作用。解答各類(lèi)物理習(xí)題，學(xué)生能否依據(jù)題意建立起相應(yīng)的物理模型，是解題成敗的重要環(huán)節(jié)。如果解題者所理解的題意中的物理模型與命題者的設(shè)計(jì)模型一致，題意就必然變得清晰鮮明，習(xí)題的難點(diǎn)便會(huì)隨之而突破，這種例子是垂手可得的。

總之，物理模型的教學(xué)確