物理模型的建思维方法的培养.doc

物理模型的建立与思维方法的培养 自然界是千姿百态的、千变万化的,物理学研究的对象遍及整个物理世界,在至天体,小至基本粒子,面对复杂具体的物体,研究它的形形色色的运动,中学物理教材所研究的物理现象及其变化规律往往都是用理想模型来说明的.如何帮助学生理解和建立物理模型,并能运用到解决实际问题中去,是中学物理教学的重点,也是难点. 为何要建立模型 物理模型的建立是很重要的，因为某种模型遵循一定的物理规律，同时物理模型和数学演算交织在一起，模型错了，就会导致结论的错误。 研究任何物理现象，都应分清主要因素和次要因素．例如：电学中研究带电体之间的相互作用力，它与带电体的电荷多少，带电体的形状大小，带电体之间的相对位置及介质等多种因素有关，情况是复杂的．若不分轻重地考虑各种因素，非但不能得出精确结果，反之还会对复杂现象的研究感到束手无策．通过不断探索，科学家创立了有效的模型方法：突出对所要研究问题起主要作用的因素，略去次要因素，构建了许多合理的“理想模型”，有效地解决了对复杂问题的研究。就带电体间的相互作用而言，实验表明；在真空中，随着带电体之间距离的增大，它们的形状、大小的影响逐渐减小，当远到一定程度时，起决定作用的就是带电体的电荷量，其形状、大小都是无关紧要的，可忽略不计，于是建立了“点电荷”模型，库仑定律反映的就是两个点电荷之间的相互作用规律．而实际问题中的带电体能否看作点电荷，需视具体情况而定．对一般的带电体而言，可看作无数点电荷的集合体，借助叠加原理，根据库仑定律原则上可求出任意带电体之间的相互作用力．可见，没有“点电荷”这个理想模型的建立，就无法计算出带电体之间的相互作用力.也可以这样说，离开物理模型，就无法进行物理学的研究． 二、中学物理中各个部分遇到的模型主要有： 力学中：质点、弹簧振子、单摆等． 热学中：理想气体等． 电磁学中：点电荷、理想导体、绝缘体等 光学中：点光源、薄透镜、狭缝、薄膜等． 原子物理中：光子、自由电子等． 和物理模型打交道，必须了解模型的一些特点． 三、物理模型建立的过程的的方法 物理对象模型化是在物理教学过程中完成的，建立物理模型，主要是让学生抓住事物的本质解决问题，对复杂的事物简化，进行抽象后建立起理想模型。然后研究理想模型的运动变化规律．为什么不把实际的客体直接作为研究对象?物理模型具有哪些特点?如何运用模型进行研究?搞清楚这些问题，对物理教学和物理学习都大有益处． 实验是物理学的基础，所以建立物理模型时离不开实验。有些理想物理模型的建立就是通过实验完成的。其一般的方法是先做有关实验，使学生在脑海里留下一个直观的具体形象的物理模型，在此基础上作抽象引导，形成思维轮廓，变成具有思维特征的物理模型，然后再利用学生思维中已建立起来的物理模型，去解决一些实际问题，将物理问题中的研究对象模型化仅仅是解题的开始，我们所面临的困难是如何将实际过程近似处理，使之成为典型过程，过程模型，以便用过程模型规律来解决实际问题。 物理教学要渗透模型意识 四、我们应怎样培养学生的模型联想能力呢? 1、抓住模型的结构特点，合理联想，活跃解题思路 例4 把一根长为工的光滑钢丝均匀地绕成一个高为h的弹簧．现把该弹簧竖直固定在地面上，让一个小环穿在钢丝上，并使其由静止开始下滑，假设整个过程中弹簧的形变可忽略，求环下滑过程所用的时间． 分析 小环下滑时，只受重力和钢丝对它的支持力．显然，支持力始终与速度方向垂直，只改变速度的方向，改变速度大小的力是重力沿钢丝切线方向的分力．因此，小环下滑过程所需的时间只取决于重力沿钢丝切线方向的分力．这样，使我们会自然地联想到滑块沿光滑斜坡下滑的情境,所以，我们将弹簧以其中心轴为轴展开成如图所示的直角三角形 可见，借助模型的联想，在物理解题中可以发挥化繁为简、变难为易的作用． 2、紧扣模型的物理本质，抓住关键，活化知识结构 例6 边长为L的正方形导线框水平地放在空间均匀分布的、方向竖直的磁感强度大小按B=B0sinωt规律变化的磁场中，如图9所示，问线框中产生的感应电动势的最大值是多大? 分析 若直接用法拉第电磁感应定律求解，在高中阶段由于受数学知识的限制将陷入“山穷水尽”的困境，但若抓住“磁通量变化是产生感应电动势的根本原因”这一本质，就很容易使我们联想到这样的情景：如图10所示，边长为上的正方形线框，在磁感强度为召。的匀强磁场中绕轴00’由图10所示位置开始以角速度o／匀速转动时，线框中产生的感应电动势是多大? 显而易见，这两种情况中通过线框的磁通量都按中＝BoL2sin O(的规律变化，由法拉第电磁感应定律可知，线框中产生的感应电动势也应相同，即. 3．理清相关物理量的关系，合理取舍，揭露题设模型 例7 真空中速