浅谈物理建模能力的培养

《浅谈物理建模能力的培养》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、浅谈物理建模能力的培养自然界是千姿百态、千变力化的，物理的研究对象遍及整个世界，大到天体，小到基本粒子。面对复杂、具体的物体，研究它形形色色的变化规律，物理学经常釆用抓住事物本质，对其进行简化处理的“理想模型法S尤其在中学物理中，限于学牛数学知识的不足，培养学牛学会建立模型，并运用之解决实际问题，更成为教学的重点和难点。一、物理模型及其特点和分类1、物理模型物理学所研究的对象是极其复杂的，对于每一个研究对象，都涉及诸多的因素。为了研究问题的方便，我们nJ以从复杂的物理现彖或物理过程中，去掉一些次要的、对研究问题无影响（或影响极小）的方面，血抓住其主耍方面，从中

2、抽象出研究对象的简化描述或简化模型,即物理模型。故物理模型是典型的物理问题，是基础知识的高度概括。2、物理模型的特点物理模型是从一类物理问题屮，抓住主要的本质问题，删除干扰和次要因素，集基础知识与基本规律于一体的具有代表性的结晶。故典型性是物理模型的首要特点；其次，物理模型作为一种研究问题的方法，在整个物理学研究，以及其他学科领域的研究中发挥岀了不町替代的作用。故其还具有方法性。3、物理模型的分类物理模型通常可以分为两类，即“实体物理模型”和“理论物理模型覽“实体物理模型”是在研究的一定限度内，按照物理客体的本來面貌，相当精确地抽象出其本质特征。这类模型一般用

3、于建立物理概念和探索物理规律。例如：质点、点电荷、弹费振子、理想气体、原子核实结构等；“理论物理模型”是在观察、实验的基础上，经过物理思维，对某一物理研究对象的相互作用、运动规律等进行一种简化、深入的描述。这类模型一般用于分析物理事件发生的过程，建立物理图景。例如：弹性碰撞、简谐运动、理想气体的等温变化、类平抛运动等。二、物理建模能力的培养旨先，教师应抓住教材屮已有的物理模型，对其进行剖析，使学生在获取知识的同时体会物理模型的妙处，学握模型建立的方法。同时，在解决实际问题中不断再现这些模型。例如，“交变电流''一章屮“理想变压器”模型的建立是解决屮学物理屮变压

4、器问题的基础。由于实际变压器在变压过程中受“漏磁"、“原、副线圈本身的电阻"等因素的影响较小，作为次耍因素可以被忽略掉。这样便建立了一种“无漏磁，线圈无电卩『的“理想变压器模型”。再根据互感的原理才得到了变压器的变压原理，EP：U1/U2=nl/n2和II/12=n2/nl0学生理解、掌握了这种变压器模型，便给解决这一类问题奠定了坚实的基础。乂如，“万有引力定律”一章中“行星模型诵1“球体模型雹“行星模型”是将星体绕中心天体的椭関轨道运动，近似看作匀速闘周运动。“球体模型''则是忽略了星球的自传，认为万冇引力等于该星球表面物体所受的重力。这样建立了物理模型后，

5、学牛便可以口己将匀速圆周运动的知识应用于天体运动，从而避免了众多繁琐公式的记忆，同时也抓住了此类问题的本质。其次，“模型转换”是培养学生建立物理模型的-•种切实可行的办法。由于物理模型是有限的,而客观事物是无限的，尤其对于屮学物理教学而言，由于学生所学物理知识的局限和数学能力的制约，许多物理情景并不能直接抽象成学生熟悉的模型，这就需要我们引导学生进行“模型转换"——用一种他们已经熟悉的模型去代替另一陌生的模型，在模型转换中培养学生的建模能力。例如，在竖直平而内，有一场强为E=104N/C的水平匀强电场，质量为m=0.04kg,带电量为c=+3xl0-5c的小球

6、，用长为L=0.4m的细线拴住悬于电场屮O点，当小球平衡时,问在平衡位置以多大的速度释放小球，刚能使Z在电场中作竖直平面的圆周运动？本题所述空间存在电场和重力场，属于复合场，带电小球同时受电场力和重力作用，若按照分别计算的方法显得比较繁琐。若能将其转换为重力场中，竖直平而内圆周运动的“细绳——小球”模型则结论会一日了然。解析：在复合场中，等效重力加速度为gz=^Eq)2+(mg)2/m设：从“般低点”Q(平衡位置)以最小速度vl(垂直于0Q方向)释放小球，小球刚好能在竖直平面内做圜周运动，则到达“最高点”时的速度v2满足：mg-mv22/r・・・v2=7gr(

7、1)对小球从Q到P运动过程使用动能定理：—mgf2r=mv22/2—mvl2/2(2)由(1)(2)可解得:vl=A/5gzr带入数据可得：vl=5m/s通过这样的模型转换，不仅使一个复杂的问题变得简单易解，而H更使学生对原有物理模型有了更深刻的理解。同时在运用中体会到物理模型的妙处。第三，在解决实际问题中，有意识地，逐步培养学生创新性地建立-•些物理模型。例如，在离坡底B点15m处的O点，竖立一根15m高的直杆OA,坡底B点与杆的A点间拉紧一•条钢丝AB,—•个光滑小球穿在钢丝上，将小球由A静止释放，求小球由A滑到B所用的时问。分析：由于斜坡的倾角未知，若按

8、习惯的思路求解比较困难。如果过0点作A