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浅议高中物理模型方法

更新时间:2018-07-09 所属栏目:论文范文

作者:李厚炎 来源:考试周刊 2018年58期
  摘要:做任何事情,都要讲究方法。采用好的方法,可以事半功倍,而方法不当,往往就会事倍功半。中学生学习物理的基本方法有多种,如观察法、实验法、模型法、等效法、类比法和数学法等。本文侧重简介模型方法、探析学生掌握这种方法的心理优势与障碍,论述教师如何点拨学生掌握这种方法。
  关键词:方法简介;分析;方法
  一、 物理模型方法简介
  1. 物理模型与作用。物理模型含理想模型和“假设”模型。物理的模型排除了非本质因素的干扰,舍弃了次要因素和无关因素,突出的反映出事物客观的本质特征,从而使物理现象或者物理过程得到简单化和理想化。
  2. 物理模型的类型包括:①实体物理模型:a. 物质模型,把客观实体理想化,如质点、点电荷、点光源等。b. 系统模型,如“力学系统”“保守力系统”和“热力学系统”等。c. 结构模型,如卢瑟福原子模型、教具图表、线路图、电场和磁场的模型。②状态物理模型。运动学中的匀速直线运动状态由位移、速度、时间三个量描写;理想气体状态由压强、体积、温度三个参量描写;电路状态则是用电流、电压、电阻三个量表征等等,我们可以确定一组参量来描写所研究模型的状态。在中学物理中广泛使用图线和图像,就是状态物理模型的一种直观描述。③过程物理模型。如热学中的等温、等压、等容、绝热过程。力学所说的过程即可以称为运动,如匀变速直线运动、简谐运动等等。描写物理现象变化的过程数学解析式是过程方程,如气体状态方程、牛顿运动定律和描写匀变速直线运动规律的运动学三个公式等,过程物理模型也可用图形直观地表示出来。
  二、 学生掌握物理模型方法的心理优势与障碍分析
  1. 数学模型方法对学生掌握物理模型方法的影响。物理模型方法和数学模型方法有密切的联系。例如数学上有几何点模型,物理上有点电荷、点光源、质点等模型。物理模型与数学模型之间又存在着本质的区别。如,,数学上的几何点仅是一种空间形式,是绝对的;而点电荷是携带电荷的空间形式,它的成立与否是相对的。又如数学上的无限概念都是描写抽象的数形,而物理上的无限概念却是描写具体物理量。又如数学上的无限可分是指可以连续均匀可分的,而物理上的可分性是有层次的。因此,在学生掌握物理模型方法时,要充分利用数学模型对物理模型正迁移的心理作用,注意克服负迁移影响,注意物理模型与数学模型的区别和联系,以及它们之间的转换。
  2. 化学模型对物理模型的互补作用。化学和物理都讲原子核式结构模型,化学上作为重点又讲了核外电子的统计分布情况——电子云。物理中重点是讲核内,如原子核的组成、核反应等,在学习物理模型时,要结合化学模型、数学模型等,搞清楚它们之间的区别与联系,充分利用它们之间的互补作用。
  3. 学生在运用物理模型方法中常见的错误分析。①选定研究对象对应的实体物理模型中常出现的错误。图1中的木球可当作质点,图2中的木球只能当作刚体模型来处理。在中学物理的力学中,刚体模型、弹性体模型和范性体模型则是隐含在课本内容之中的。图3是在物体可作为质点模型处理时的受力图,图4是根据刚体平衡(合力为零,且对任一点合力矩为零)作出的。②确定研究对象所处的状态物理模型上的错误。例如理想气体状态方程的推导,学生尽管学完了等压、等容、等温三个过程的规律,但在处理这个问
  题时,往往不知如何下手,实际上初、末状态都是平衡状态,在这两个平衡状态中三个参量的关系跟中间过程无关,可在已知的等压、等容、等温三个过程规律中任选两个,推出理想气体状态方程。③选择研究对象所处状态的变化过程的物理模型(过程物理模型)出现错误。如图5,一个半径很大的半圆形光滑轨道,半径为R,现让两个小球同时分别从圆心点O自由下落和轨道上的某点B(B点离轨道最低点很近)释放,问两个小球谁先到达轨道最低点。此题研究对象的实体物理模型都可看作质点;其狀态物理模型也能确定,开始都是静止,最后都到达轨道最低点,但其过程是一个什么模型,却并不那么容易确定。B点小球的运动,正是单摆简谐运动的一种变式,如果学生适应不了这种变式,就出现了运用单摆这一模型的障碍,t1=T/4=π/2·(R/g)12=1.57(R/g)12,而O点自由下落的时间t2=2R/g12=1.414(R/g)12


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