构建物理模型,培养提高解题能力

《构建物理模型,培养提高解题能力》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、构建物理模型，培养提高解题能力南平一中郑剑榕自然界中任何事物与其他许多事物之间总是存在着千丝万缕的联系，并处在不断的变化之中。面对复杂多变的自然界，人们在研究物理问题时，常常是遵循这样一条重要的方法论原则，即从简到繁，先易后难，循序渐进，逐步深入。基于这样的一个思维过程，在物理学中，人们就建立了“物理模型”。物理模型是物理思想的产物，是研究物理的一种方法，是在抓住主要因素、忽略次要因素的基础上建立起来的。因而，它能具体、形象、生动、深刻地反映事物的本质和主流。如何帮助学生正确构建和运用物理模型，培养学生的思维能力和解决实际问题的能力，在教学实践中，本人注重通过

2、图像模型、数学模型、系统转换模型等多种物理模型的运用，启发、引导学生合理建立和运用物理模型，并逐步熟悉和掌握这种科学研究的思维方法，在解题过程中，充分运用和发挥物理模型的优势，化繁为简，化动为静，化抽象为具体，帮助学生理解解题思路，拓展思维，提高分析问题和解决问题的能力，获得事半功倍的效果。一、物理中的数学模型的运用客观世界的一切规律，原则上都可以在数学中找到它们的表现形式。在建造物理模型的同时，也在不断地建造表现物理状态及物理过程规律的数学模型。我们必须让学生强化这一见解。当然，由于物理模型是客观实　体的一种近似，因此以物理模型为描述对象的数学模型，只能是客

3、观实体的近似的定量描述。例：宇宙飞船横截面积为S＝20m2，以速度V＝104m/s的速度匀速穿过每立方米平均有5个质量为10－5kg的微尘空间，求飞船发动机的推力。图（1）解析：飞船与微尘碰撞时，微尘的运动有多种可能，或者向各个方向被弹开，或者附着在飞船上。微尘与飞船相对速度很大，从抓主要矛盾角度来看，微尘“嵌入”飞船外壳的可能性最大。于是我们可以假设与飞船碰撞的微粒“全部”附着在飞船上，与飞船具有共同的速度，而飞船的速度远大于微粒的速度，故把微粒可视为静止的，则可假设飞船在时间Δt内“扫过”的空间是以S为底、VΔt为高的一个柱体，如图（1）所示。该区域内微尘

4、的质量m＝nm0SVΔt(其中：n为单位体积内微尘的个数，m0为每个微尘的质量)。在一个较小的时间t内，可以忽略微尘的重力，应用动量定理可知FΔt＝ΔmV=mΔV，其中F为飞船对微尘的作用力。假设微尘初速度为零，则ΔV＝V，故F＝nm0SVΔtV/Δt＝nm0SV2。代入数据得F＝105N，根据牛顿第三定律可知，微尘对飞船的作用力大小为105N。而飞船是匀速的，故其推动力与该力大小相等，方向相反，亦为105N。二、物理中图像模型的运用物理图像是一种特殊而且形象的数学语言和工具，应用数和形的巧妙结合可恰当地表达和描述所要研究的物理过程和规律的物理模型。运用图像模

5、型解题既形象直观，且动态变化过程清晰，物理量之间的函数关系明确，还可以形象简捷地表达用语言难以表达的内涵，使求解过程更加优化。例：如图（2），ACB和ADB是光滑的半圆形轨道，两个小球以初速度V0分别沿轨道ACB和ADB由A运动到B所用时间分别为t1、t2，请比较t1、t2的大小。解析：两小球的运动情况，我们可以建立如图（3）的V－t图像，显而易见，小球在AC段运动时，加速度减小，速度减小；在CB段运动时，加速度增加，速度增加。由于轨道光滑，小球在ACB段运动时，机械能守恒，故到B的速度为V0，这一过程的V－t图见图（3）中的I。小球在AD段运动时，加速度减小

6、，速度增加，在DB段运动时加速度加速度增加，速度减小，由于轨道光滑，小球在ADB段运动时机械能守恒，故到B的速度也为V0，由于两次运动过程小球位移相等，两过程的V－t图像下的面积相等，故可作出ADB在运动过程的图像，见图(3)中Ⅱ，由图（3）可知t2

7、模型的运用所谓等效交换模型，是指人们在解决问题的过程中，从事物间等同效果出发，找出其共性特征，用熟悉简单的模型，对研究的对象、过程等进行转换、替代处理的一种方法。例：如图（4）所示，在光滑绝缘平面上有A、B两小球，带同种电荷，相距无穷远。A的质量为m，且静止。B的质量为4m，且以速度V0正对A运动，求A、B系统具有最大电势ABV图（4）能时的速度分别为多大？系统的最大电势能是多少？解析：以A、B系统为研究对象，当A、B速度相同时系统具有最大电势能。设共同运动速度为V，由动量守恒定律可得：4mV0＝5mV，V＝4V0/5。A、B系统具有最大电势能时，A、B相对静

8、止，即A、B速度均为4V0/5时，最大