高中物理模型的归类与分析.docVIP

高中物理模型的归类与总结 任艳华 摘 要： 物理模型是高中物理知识的重要载体，其中绝大多数内容都是以物理模型为基础和载体向学生传递知识的。物理模型不仅是学生获得物理知识的一种基本方法，更是一种培养学生应用能力和创新能力的重要工具。本文主要讲述物理模型的概念及分类方法，并结合整个高中物理中的重点和难点知识对物理模型进行分类与总结，最后指出运用物理模型教学的意义。 关键词：物理模型；高中物理教学；教学意义 物理学是一门重要的自然科学，它研究的对象是自然界最普遍、最基本的运动形态及物质结构相互作用和运动规律的学科。自然界的各种各种事物之间存在着千丝万缕的关系，并且复杂多变。因此，为了探讨物理事物的本质，根据所研究的具体问题或问题的特点，用科学抽象的思维方法对问题进行抽象的描述，抓住事物主要的、本质的特征，忽略其次要的、非本质的因素，将所研究对象进行简化、高度抽象而建立起来的一种新的物理形象----即物理模型。 1.高中物理模型的概述 1.1物理模型的含义 “模型”一词来自于“Modulus”，意为样本、尺度、标准。钱学森先生曾给模型下过这样的定义：模型就是通过对问题现象的分解、分析，利用已知原理，吸取主要因素，省略次要因素，而创造出的一幅图画。[1] 根据物理模型的特点，美国学者David Hestenes(1995)认为，物理模型是对物理系统和某一物理过程的抽象化表征，它可以表征系统的结构及其某一方面的特征或运动规律等。[2]据此我们可以得出物理模型是对客观原型的一种3.1力学 3.1.1在力学中常见的对象模型有： （1）质点：把物体看成是没有质量，只有大小的点。在研究物理问题时，若物体的形状和大小对所研究的问题影响很小或没有影响时，我们就可以把所研究的对象看成质点。那么，在何种的情况下，物体的形状和大小对所研究的问题影响很小或没有影响呢？通过观察可以发现，在以下的三种情况下可以将研究的对象看成质点：①物体只做平动②只研究物体的平动而不考虑其转动效果③物体的位移远远大于物体本身的尺寸①轻弹簧模型②轻绳模型③轻杆模型轻杆的劲度系数和轻绳一样非常大均可以看做是不可伸长或压缩在的题目中要注意的去判断杆是活杆还是死杆如果杆是固定的它可以产生拉力压力和侧向力力的方向不一定沿着杆的方向④橡皮绳：质量和重力均可视为零，只能受拉力，不能受压力，受力形变明显。同一根橡皮绳中各点张力大小相等，沿绳方向，不可突变，但被剪断时弹力立即消失。 ⑤轻滑轮：一般与轻绳组合，不计质量和重力，滑轮两侧轻绳拉力相等。 ⑥滑环：光滑圆环，忽略物体所受到的阻力，既可施加拉力，又可承受压力，力的方向沿环径向。 （3）弹簧振子：带有小孔的小球穿在光滑的杆上并装在弹簧的一端，使其能够自由的滑动，弹簧的质量与小球相比可忽略不计。小球能在平衡位置附近做一种往复运动的机械运动，这样的系统称之为弹簧振子。 （4）单摆：用不可伸长的、质量可忽略的细线悬挂着可视为质点的小球在竖直平面内摆动。 3.1.2在力学中常见的条件模型 （1）光滑平面：物体在光滑表面上的运动，忽略了物体所受到的摩擦阻力。如物体在冰面上滑行，由于摩擦阻力很小，可近似认为冰面是光滑表面。 （2）真空：不存在任何物质的空间状态在实际问题中如果空气很稀薄或物体的重力远远大于其所受到的空气阻力则可以忽略空气阻力近似的认为物体所处的空间是真空①自由落体运动②平抛运动③类平抛运动受与初速度的方向垂直①单摆②弹簧振子：在弹性限度内，弹簧振子的回复力是由弹簧的弹力提供，其振动 的周期为。 （7）弹性碰撞：如下图1所示，已知质量分别为的两个刚性小球A和B，小球B静止在光滑水平面上，A球以初速度为与静止的小球B发生弹性碰撞，则质点在相互作用的过程中合外力为零，两质点组成的系统动量守恒、机械能守恒。 将正方向规定为小球A的初速度方向，则有： 由上面两式得： 弹性碰撞模型的关键是碰撞前后动量守恒、机械能守恒，只要具备了这一特征的碰撞，我们均可以将物体的碰撞理解为弹性碰撞。常见的弹性碰撞有：光滑的钢球、弹性球、原子或分子等微观粒子的碰撞。 3.2电磁学 3.2.1在电磁学中常见的对象模型 （1）点电荷：点电荷模型与质点模型相类似。当带点物体的形状或大小对所研究的问题处于次要地位或者可以忽略不计时，我们就可以把这个带点物体看成是点电荷。 （2）试探电荷：一方面试探电荷的尺寸必须非常小，能精确表示其在电场中的位置，另一方面试探电荷的电荷量也要足够小，放入电场之后不影响原本的场强分布。 （3）理想电表：理想电压表的内阻可视为无大在分析电路时可以看作开路即在分析电路时它的分流作用可忽略不计理想电流表的内阻可视为无限小在分析电路时可以看作短路在分析电路时电流表上的压降可忽略不计纯电阻电路就是指电能全部