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摘 要:本文介绍了中学物理学习中的常见模型,分析了物理模型在解决物理问题中的重要作用。
关键词:中学物理 物理模型 建立 应用 创新能力
中图分类号:G633.7文献标识码:A文章编号:1673-1875(2009)21-144-01
物理现象往往很复杂,研究与之相关的物理问题时,不可能把方方面面的问题都考虑进去,如果这样,必然增加研究的难度甚至于无法着手研究。我们通常舍去那些表面的次要的因数,保留本质的主要的因数,把物理现象用简单抽象的理想模型来描述,它是物理现象的近似反映,也是中学阶段常用的解决物理问题的方法。中学物理的大部分内容都是以物理模型为载体向学生传达物理知识的,通过对物理模型的分析与讲解,既可以使学生获得基本的物理知识,也可以培养学生的创造思维能力。
1.物理对象模型。作为物理研究对象的客观实体的理想模型有质点、单摆、弹簧振子、点电荷、理想变压器、点光源等。
例如质点这一模型,初学者会以为体积大的不能当质点,体积小的就可以;平动的物体可看作质点,转动的物体不可以。其实不然!举例来说,一列火车从武汉开往北京,讨论火车的运行时间这类问题时,由于火车的长度比武汉到北京的距离小得多,就可以不考虑火车的长度而把火车当质点了。还是这辆火车,如要讨论的是这辆火车通过某一标志所用的时间,显然要考虑火车的长度而不能看作质点了。再比如,地球在绕太阳公转的同时也在自转,如研究地球的公转,就可把地球看作质点。研究地球的自转时,很明显要考虑各点运动情况的差异,就不能把地球当质点了。产生前述错误结论的原因在于没有把握住一个物理对象能否视为质点的关键条件:物体的形状和大小以及运动形式是否对所讨论的问题产生影响。有影响,则不管物体多大多小作何种运动都不能看作质点,反之,则可以。
2.物理状态及过程模型。这类模型有匀速直线运动、自由落体运动、等温变化、简谐振动、两物体的弹性碰撞过程等。
对于两物体的弹性碰撞,这个过程遵循动量守恒、机械能守恒等规律。在高中物理学习中是重点、难点,也是一个必考点。
现在如下条件下作简单分析:光滑的水平面上静止着一个物体甲,乙物体以某一速度从左方向着甲物体运动并与之碰撞。为分析问题的方便,可设想甲物体的左端连接着一个轻弹簧。乙物体接触甲物体左端的弹簧后,弹簧受到挤压开始压缩,产生反抗的弹力,使甲物体加速,乙物体减速。只要乙物体的速度大于甲物体的速度,甲乙就会接近,弹簧就会进一步被压缩,则甲物体继续加速,乙物体继续减速,必然有甲乙两物体等大共速的一刻,此时,弹簧被压缩到最短。之后甲物体仍加速,乙物体仍减速,甲物体的速度大于乙物体的速度,二者远离,弹簧开始恢复形变。在弹簧恢复原长之前,弹力使甲物体继续加速,乙物体的速度也相应发生变化。当弹簧恢复原长时,甲乙两物体分离。
设甲物体质量为m1,乙物体质量为m2 ,碰前乙物体的速度为v0,分离时,甲、乙两物体的速度分别为v1,v2。由动量守恒、机械能守恒可列式如下:
m2 v0= m1 v1 + m2 v2
m2 v02=m1 v12+m2 v22
解之得:v1=2 m2 v0/﹙m1 + m2﹚v2=﹙m2-m1﹚v0 /﹙m1 + m2﹚
讨论:
① 如m2 = m1 ,则v1= v0 , v2=0 即碰后乙物体静止,甲物体以碰前乙物体的速度向前运动,称之为速度互换。
② 如m2 > m1 ,则v2的正负号与v1相同(都大于零),即碰后甲乙两物体朝同一方向运动。
③ 如m2 < m1 ,则v2的正负号与v1相反(v1大于零,v2小于零),即碰后乙物体反向运动。
再来看这个过程模型的简单应用。
例题;如图,光滑的水平面上静止着一辆小车,
小车的上表面是光滑的曲面。一物体以初速v0冲上小车的上表面,沿上表面滑行一段时间后返回,试讨论物体和小车分离时物体的速度的方向。
分析:物体冲上小车的上表面后,它们之间的作用力会使小车一直加速,使物体减速(有可能反向加速)。往上滑的阶段相当于前述甲乙两物体相互靠近压缩弹簧的过程,下滑的阶段相当于弹簧恢复形变的过程,全过程遵循动量守恒、机械能守恒。故此过程和前面分析的两物体碰撞的过程在本质上是一模一样的。前面得出的结论对此过程完全适用。
3.直观假想模型。这类模型有电场线、磁感线、等势面等。
这类模型把抽象的事物形象化,有助于学生对电场、磁场这些特殊的物质的理解。
4.结构理想模型。这类模型有原子结构模型、玻尔原子模型等。
正确的识别、建立物理模型,并能举一反三的灵活运用物理模型是每一位中学生应该具备的基本物理素质,也是高考选拔具有发展潜能的学生的重要标准。因此,为了培养学生的科学素质及创新能力,逐步掌握科学研究的基本方法,在平时的教学过程中,必须注意培养学生建立和应用物理模型的本领。
参考文献:
[1]杨文彬,赵丙勋,李权.物理研究和学习中常用的方法[M].高中物理教材知识,北京教育出版社
[2]蔡长青.巧建物理模型在解答物理习题中的作用[J].物理教学,2002(10)
关键词:中学物理 物理模型 建立 应用 创新能力
中图分类号:G633.7文献标识码:A文章编号:1673-1875(2009)21-144-01
物理现象往往很复杂,研究与之相关的物理问题时,不可能把方方面面的问题都考虑进去,如果这样,必然增加研究的难度甚至于无法着手研究。我们通常舍去那些表面的次要的因数,保留本质的主要的因数,把物理现象用简单抽象的理想模型来描述,它是物理现象的近似反映,也是中学阶段常用的解决物理问题的方法。中学物理的大部分内容都是以物理模型为载体向学生传达物理知识的,通过对物理模型的分析与讲解,既可以使学生获得基本的物理知识,也可以培养学生的创造思维能力。
1.物理对象模型。作为物理研究对象的客观实体的理想模型有质点、单摆、弹簧振子、点电荷、理想变压器、点光源等。
例如质点这一模型,初学者会以为体积大的不能当质点,体积小的就可以;平动的物体可看作质点,转动的物体不可以。其实不然!举例来说,一列火车从武汉开往北京,讨论火车的运行时间这类问题时,由于火车的长度比武汉到北京的距离小得多,就可以不考虑火车的长度而把火车当质点了。还是这辆火车,如要讨论的是这辆火车通过某一标志所用的时间,显然要考虑火车的长度而不能看作质点了。再比如,地球在绕太阳公转的同时也在自转,如研究地球的公转,就可把地球看作质点。研究地球的自转时,很明显要考虑各点运动情况的差异,就不能把地球当质点了。产生前述错误结论的原因在于没有把握住一个物理对象能否视为质点的关键条件:物体的形状和大小以及运动形式是否对所讨论的问题产生影响。有影响,则不管物体多大多小作何种运动都不能看作质点,反之,则可以。
2.物理状态及过程模型。这类模型有匀速直线运动、自由落体运动、等温变化、简谐振动、两物体的弹性碰撞过程等。
对于两物体的弹性碰撞,这个过程遵循动量守恒、机械能守恒等规律。在高中物理学习中是重点、难点,也是一个必考点。
现在如下条件下作简单分析:光滑的水平面上静止着一个物体甲,乙物体以某一速度从左方向着甲物体运动并与之碰撞。为分析问题的方便,可设想甲物体的左端连接着一个轻弹簧。乙物体接触甲物体左端的弹簧后,弹簧受到挤压开始压缩,产生反抗的弹力,使甲物体加速,乙物体减速。只要乙物体的速度大于甲物体的速度,甲乙就会接近,弹簧就会进一步被压缩,则甲物体继续加速,乙物体继续减速,必然有甲乙两物体等大共速的一刻,此时,弹簧被压缩到最短。之后甲物体仍加速,乙物体仍减速,甲物体的速度大于乙物体的速度,二者远离,弹簧开始恢复形变。在弹簧恢复原长之前,弹力使甲物体继续加速,乙物体的速度也相应发生变化。当弹簧恢复原长时,甲乙两物体分离。
设甲物体质量为m1,乙物体质量为m2 ,碰前乙物体的速度为v0,分离时,甲、乙两物体的速度分别为v1,v2。由动量守恒、机械能守恒可列式如下:
m2 v0= m1 v1 + m2 v2
m2 v02=m1 v12+m2 v22
解之得:v1=2 m2 v0/﹙m1 + m2﹚v2=﹙m2-m1﹚v0 /﹙m1 + m2﹚
讨论:
① 如m2 = m1 ,则v1= v0 , v2=0 即碰后乙物体静止,甲物体以碰前乙物体的速度向前运动,称之为速度互换。
② 如m2 > m1 ,则v2的正负号与v1相同(都大于零),即碰后甲乙两物体朝同一方向运动。
③ 如m2 < m1 ,则v2的正负号与v1相反(v1大于零,v2小于零),即碰后乙物体反向运动。
再来看这个过程模型的简单应用。
例题;如图,光滑的水平面上静止着一辆小车,
小车的上表面是光滑的曲面。一物体以初速v0冲上小车的上表面,沿上表面滑行一段时间后返回,试讨论物体和小车分离时物体的速度的方向。
分析:物体冲上小车的上表面后,它们之间的作用力会使小车一直加速,使物体减速(有可能反向加速)。往上滑的阶段相当于前述甲乙两物体相互靠近压缩弹簧的过程,下滑的阶段相当于弹簧恢复形变的过程,全过程遵循动量守恒、机械能守恒。故此过程和前面分析的两物体碰撞的过程在本质上是一模一样的。前面得出的结论对此过程完全适用。
3.直观假想模型。这类模型有电场线、磁感线、等势面等。
这类模型把抽象的事物形象化,有助于学生对电场、磁场这些特殊的物质的理解。
4.结构理想模型。这类模型有原子结构模型、玻尔原子模型等。
正确的识别、建立物理模型,并能举一反三的灵活运用物理模型是每一位中学生应该具备的基本物理素质,也是高考选拔具有发展潜能的学生的重要标准。因此,为了培养学生的科学素质及创新能力,逐步掌握科学研究的基本方法,在平时的教学过程中,必须注意培养学生建立和应用物理模型的本领。
参考文献:
[1]杨文彬,赵丙勋,李权.物理研究和学习中常用的方法[M].高中物理教材知识,北京教育出版社
[2]蔡长青.巧建物理模型在解答物理习题中的作用[J].物理教学,2002(10)