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物理模型就是为了研究物理问题的方便和易于探究物理事物的本质,从复杂的物理现象或物理过程中抽象出研究对象的简化描述或模拟。物理模型可以帮助人们抓住问题的主要方面,排除非本质因素的干扰,舍弃次要因素与无关因素,使物理过程得到简化。物理模型在物理学的发展和应用中起到了非常关键的作用,建立正确的物理模型可使我们对物理本质的理解更加细致深入,对物理问题的分析更加清晰明了。因此,物理模型在高中物理教学中有非常实用的价值。
一、什么是理想化模型
它是根据所研究的物理问题的需要,从客观存在的事物中抽象出来的一种简单、近似、直观的模型。具体地说,是对事物的各个物理因素加以分析、忽略与问题无关或影响较小的因素,突出对问题起作用较大的主要因素,从而把问题简化,这一理想的抽象模型,就是理想化模型。
二、建立物理模型的原则
1.物理模型的建立,必须服从教学目的
物理模型是根据已知的物理现象建立的,是对研究对象简洁的、仿真性的表述。在教学过程中应用的物理模型,能对学生的感官产生强烈的刺激作用,能使大脑皮层产生兴奋。但是,如果这模型不是针对课堂上所需解决的问题而设立的,则可能产生如下的负面作用:一是误导学生的思路脱离学习的正常轨道而变得漫无边际,难以把注意力回复到所需掌握的知识点上;二是造成学生的注意力停留在现有的使他们感兴趣的事物上,而对要求他们掌握的系统知识反而缺乏兴趣。因此,在教学过程中应用物理模型,必须服从教学目的,且要善于引导学生的思维,使之不偏离方向。例如,为了形象地反映电场这个概念,我们可用验电羽建立电场模型。当验电羽在电场中成有规则排列时,学生的兴趣是十分高的,但提高学生的学习兴趣不是我们的主要教学目的。因此,我们还必须引导学生深入观测、分析,沿验电羽→电场线→电场的认识方向,掌握有关电场的概念。
2.物理模型的建立,必须有助于理论的形成
多数的学生,在了解物理现象的基础上,比较注意认识事物之间的因果关系和本质联系,他们的注意已转向物理现象的内在规律。因此,我们建立的物理模型,不能停留在“帮助学生认识物理现象”的基础上,而应引导学生根据对模型的分析,去寻找或发现有关规律,从而形成正确的理论。
3.物理模型的建立,必须有正确的论据
有些物理模型,是为了抓住研究对象的重要因素,忽略次要因素,以便准确而简明地得出较普遍的结论;有些物理模型,则带有模拟性的描述。不论我们建立的是何种模型,所依据的理论必须是正确的。例如,我们建立理想变压器模型去研究有关变压器的一些规律,能使学生容易理解变压器的变压原理,但有一问题却使学生感到困惑,即理想变压器的副线圈空载(即I= 0)时,原线圈中的电流I多大?若按理想变压器的P1=P2分析,则I也为零;既然原线圈中的电流为零,又如何使副线圈产生感生电动势,而保证U1:U2=n1: n2呢?理想变压器是建立在忽略内部能量损耗这一次要因素的基础上,如一些大型变压器内部能量损耗很小,输入功率与输出功率基本相同,这样可处理成理想变压器;在副线圈空载时,变压器的输入功率由变压器的内耗所决定,虽然这时的损失功率很小,但已不能降为次要因素,是不能忽略的。因此不能把空载变压器处理成理想变压器,这时原线圈中的电流很小,但不为零。
4.解答物理习题亦可以说是应用模型方法的过程
基本思路大体如下:分析题意,确定对象的理想化模型,察看对象所处环境,确定过程的理想化模型,然后将物理模型转换为相应的数学模型,推出结果。现举一例说明模型方法在解题中应用。
三、如何指导学生掌握物理模型方法
1.指导学生要善于利用物理模型来形成物理概念
比如在学习电场和磁场这些抽象概念时,就可用“光芒四射”来形容正点电荷的电场线;用“众矢之敌”来形容负点电荷的电场线;用“钢花飞溅”来形容N极附近磁场的磁感线等。
2.指导学生善于利用物理模型来建立和掌握物理规律,并在学习物理规律的过程中进一步掌握物理模型方法
每一个物理模型建立过程都离不开物理那些方法,所建立的物理规律在应用中也只适用于一定的物理模型。
3.指导学生正确利用物理模型来解答物理问题
对于解题来说,整个解题过程可以说就是还原命题者物理模型的过程。所以,学生解题时所建立的物理模型,能否与命题者命题时的物理模型一致,是至关重要的。为此在指导学生解题时要注意物理模型方法的应用,指导学生解题过程的一般程序是:(1)指导学生读题,确定研究对象。(2)确定研究对象的实体物理模型。(3)从实体物理模型和习题所给出的已知条件、待求量出发,确定实体模型所处的状态,即确定研究对象的状态物理模型。(4)确定研究对象状态变化的过程物理模型,明确状态变化的物理过程,再把确定的变化过程联系物理规律,给出习题的过程物理模型,从而列出解题需要的方程或方程组。(5)通过推理计算,依据状态物理模型和过程物理模型,逐步导出要求的结果,并作检验。
(作者单位:山西省大同市南郊区常青中学037000 )
一、什么是理想化模型
它是根据所研究的物理问题的需要,从客观存在的事物中抽象出来的一种简单、近似、直观的模型。具体地说,是对事物的各个物理因素加以分析、忽略与问题无关或影响较小的因素,突出对问题起作用较大的主要因素,从而把问题简化,这一理想的抽象模型,就是理想化模型。
二、建立物理模型的原则
1.物理模型的建立,必须服从教学目的
物理模型是根据已知的物理现象建立的,是对研究对象简洁的、仿真性的表述。在教学过程中应用的物理模型,能对学生的感官产生强烈的刺激作用,能使大脑皮层产生兴奋。但是,如果这模型不是针对课堂上所需解决的问题而设立的,则可能产生如下的负面作用:一是误导学生的思路脱离学习的正常轨道而变得漫无边际,难以把注意力回复到所需掌握的知识点上;二是造成学生的注意力停留在现有的使他们感兴趣的事物上,而对要求他们掌握的系统知识反而缺乏兴趣。因此,在教学过程中应用物理模型,必须服从教学目的,且要善于引导学生的思维,使之不偏离方向。例如,为了形象地反映电场这个概念,我们可用验电羽建立电场模型。当验电羽在电场中成有规则排列时,学生的兴趣是十分高的,但提高学生的学习兴趣不是我们的主要教学目的。因此,我们还必须引导学生深入观测、分析,沿验电羽→电场线→电场的认识方向,掌握有关电场的概念。
2.物理模型的建立,必须有助于理论的形成
多数的学生,在了解物理现象的基础上,比较注意认识事物之间的因果关系和本质联系,他们的注意已转向物理现象的内在规律。因此,我们建立的物理模型,不能停留在“帮助学生认识物理现象”的基础上,而应引导学生根据对模型的分析,去寻找或发现有关规律,从而形成正确的理论。
3.物理模型的建立,必须有正确的论据
有些物理模型,是为了抓住研究对象的重要因素,忽略次要因素,以便准确而简明地得出较普遍的结论;有些物理模型,则带有模拟性的描述。不论我们建立的是何种模型,所依据的理论必须是正确的。例如,我们建立理想变压器模型去研究有关变压器的一些规律,能使学生容易理解变压器的变压原理,但有一问题却使学生感到困惑,即理想变压器的副线圈空载(即I= 0)时,原线圈中的电流I多大?若按理想变压器的P1=P2分析,则I也为零;既然原线圈中的电流为零,又如何使副线圈产生感生电动势,而保证U1:U2=n1: n2呢?理想变压器是建立在忽略内部能量损耗这一次要因素的基础上,如一些大型变压器内部能量损耗很小,输入功率与输出功率基本相同,这样可处理成理想变压器;在副线圈空载时,变压器的输入功率由变压器的内耗所决定,虽然这时的损失功率很小,但已不能降为次要因素,是不能忽略的。因此不能把空载变压器处理成理想变压器,这时原线圈中的电流很小,但不为零。
4.解答物理习题亦可以说是应用模型方法的过程
基本思路大体如下:分析题意,确定对象的理想化模型,察看对象所处环境,确定过程的理想化模型,然后将物理模型转换为相应的数学模型,推出结果。现举一例说明模型方法在解题中应用。
三、如何指导学生掌握物理模型方法
1.指导学生要善于利用物理模型来形成物理概念
比如在学习电场和磁场这些抽象概念时,就可用“光芒四射”来形容正点电荷的电场线;用“众矢之敌”来形容负点电荷的电场线;用“钢花飞溅”来形容N极附近磁场的磁感线等。
2.指导学生善于利用物理模型来建立和掌握物理规律,并在学习物理规律的过程中进一步掌握物理模型方法
每一个物理模型建立过程都离不开物理那些方法,所建立的物理规律在应用中也只适用于一定的物理模型。
3.指导学生正确利用物理模型来解答物理问题
对于解题来说,整个解题过程可以说就是还原命题者物理模型的过程。所以,学生解题时所建立的物理模型,能否与命题者命题时的物理模型一致,是至关重要的。为此在指导学生解题时要注意物理模型方法的应用,指导学生解题过程的一般程序是:(1)指导学生读题,确定研究对象。(2)确定研究对象的实体物理模型。(3)从实体物理模型和习题所给出的已知条件、待求量出发,确定实体模型所处的状态,即确定研究对象的状态物理模型。(4)确定研究对象状态变化的过程物理模型,明确状态变化的物理过程,再把确定的变化过程联系物理规律,给出习题的过程物理模型,从而列出解题需要的方程或方程组。(5)通过推理计算,依据状态物理模型和过程物理模型,逐步导出要求的结果,并作检验。
(作者单位:山西省大同市南郊区常青中学037000 )