中学物理教学中物理模型构建.docVIP

中学物理教学中物理模型构建[摘要]物理模型是一种重要的方法,在中学物理教学中构建物理模型可以提高解决物理问题的效果,起到事半功倍的效果。构建物理模型的方法很多,有理想法、类比法和归纳法等等,根据不同物理现象采取不同物理方法构建物理模型至关重要。 [关键词]中学物理教学 物理模型 构建 [中图分类号]G633.7[文献标识码]A[文章编号]1009-5349(2010)04-0170-01 中学物理教学大纲指出:在教学过程中应该通过概念的形成,规律的得出,模型的建立,知识的应用等等来培养学生分析、概括、抽象、推理等思维能力。在中学物理教学中构建“物理模型”,是学习科学方法和提高能力的重要途径。 一、何为物理模型 物理学所涉及的研究问题往往十分复杂,为了便于研究分析这些复杂问题,物理学研究中常常采用“简化”的方法,将这些复杂问题进行科学化抽象处理。在此过程中,用一种能反映原物质本质特征的理想结构,去描述实际的物理过程、现象或事物。而这种类似理想结构就称之为物理模型。 高中物理模型可以分为几大类:一是对象模型,比如,质点、轻杆、轻滑轮、理想气体、理想电表、均匀磁场、纯电阻用电器等;二是条件模型,如光滑表面、恒力、真空等;三是过程模型,如匀速直线运动、匀变速运动、匀速圆周运动等等。纵观这几种物理模型,它们都具有高度的抽象性、形象性、科学性和假定性等特征。物理模型是科学研究的理论依据,是一种重要的科学方法,是物理学理论研究的重要基石,在中学物理教学中构建物理模型,是培养学生创新能力和综合能力的重要途径。可见,物理模型在中学物理教学中具有重要的地位和作用。 二、中学物理教学中物理模型构建的策略 (一)理想化方法 理想化法是构建物理模型的重要方法之一,是将所研究的物理现象进行理想化处理并构建出相应的物理模型的一种方法。理想化的方法很多,如将物理形态自身理想化,比如理想弹簧、刚体等等;还有是将所处的条件进行理想化,如光滑、绝热等就是在此方法上建立起来的;另外,就是将运动变化过程理想化,如等压过程、理想过程模型主要就是由此方法构建起来的。用理想化方法构建的物理模型是在理想状态下才有的,在现实物理问题中,却是不存在的。 (二)类比法 许多物理现象中,彼此之间存在着许多相似或相同的物理属性,于是人们推测某些现象之间存在着另外的物理属性,进而可以建立起相应的物理模型,这种构建的方法就是类比法。类比法在物理学习中应用广泛而且效果很好。 案例1.一个质量为M,长为L的箱子,放在光滑的水平面上,箱内有一隔板将箱体分为左右相等的两个部分,左边储有质量为m的压缩空气,右边为真空。由于隔板和箱壁间的接触不紧密,致使从某时开始气体从左边泄露到右边。待到平衡时,箱子移动了s距离,请问s为多大? 解析:这是一道力热综合题,其实质是“平均动量守恒――知识模型”的类比应用。很多学生为此感到很困惑。下面我们来进行分析。 待到平衡时,气体的质量中心相对于箱子移动的距离为L/4,设气体的质量中心相对于地面移动的距离为S’。则, ,系统平均动量守恒:,联立以上二式, 解得: 。 物理现象的相似性是类比法构建物理模型的基础,也是关键,物理现象之间或多或少的相似性也为利用类比法构建物理模型提供了基础和条件。当然,用类比法进行物理模型构建也并非完全有效的,有时还会造成错误地结论。比如,在物理学的发展史上,就曾有人将机械波与电磁波类比,进而得出电磁波与机械波一样也需要媒质来传播的错误结论。可见,由类比法构建出的物理模型,其正确性与实用性还必须接受实践的检验。 (三)归纳法 归纳法是归纳与演绎的结合。所谓归纳,就是通过个别认识一般的主要思维方法,而演绎则是通过一般认识个别的方法。用归纳法构建物理模型是中学物理教学中常用的方法。 在物理模型的构建中,可以先根据由大量的物理实验和实验所得到的数据归纳出相应的物理定理、定律,进而再从这些归纳出的物理定理、定律出发演绎出新的物理规律。例如,通过大量实验观测,利用归纳法建立起来的基础物理模型,来建立经典力学中牛顿三大定律,又从三大定律出发演绎出了一系列力学定理、定律(如动量定理、动能定理、角动量守恒定律、动量守恒定律等),而这些定理或定律又都符合客观实际。 在中学物理教学中物理模型的构建并非是随意的,而是要遵守一定的原则。首先,物理模型要反映研究对象的本质特征,认真把握住研究对象的本质特征,做出正确的抽象。其次,要抓住主要因素,事物之间的复杂联系,应该抓住其主要联系来建立模型;同时物理模型的构建要以实验为事实基础,不断发展完善,真正体现物理模型的实效性。 【参考文献】 [1]郑梅芳.物理模型在中学物理教学中的应用[