物理模型的构建.doc

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1、物理模型的构建一、什么叫物理模型物理模型是为便于对实际物理问题进行研究而建立的高度抽象的理想化的实体、理想化过程等。如力学中的质点、单摆、匀速直线运动、匀变速直线运动、自由落体运动、抛体运动、简谐振动、匀速圆周运动等都是物理模型。二、物理模型的产生和作用1.模型是形成物理概念建立物理规律的基础。用物理模型可以使抽象的假说物理理论加以形象化，便于想像和思考研究问题．物理学的发展过程，可以说就是一个不断建立物理模型和用新的物理模型代替旧的或不完善的物理模型的过程。比如对原子结构的认识就是了从“葡萄干蛋糕”模型开始的，随后卢瑟福从α粒

2、子散射实验出发，提出了原子的核式模型结构，玻尔又以“定态、跃迁”理论解释了核式模型结构与经典电磁学之间的矛盾，核式结构模型得到了发扬光大。2.运用物理模型可以简化和纯化研究对象及其过程。在研究一些实际问题时，有些对象或过程与某些物理模型比较接近，一定的场合或条件下，可以当作物理模型来处理，从而抓住问题的核心和主要因素以及本质特征，暂时撇开次要的因素和非本质的特征，大大地方便了对物理问题的处理。例如，在研究地球绕太阳公转的轨道问题时，由于地球与太阳的平均距离比地球的半径大得多，这时地球的形状和大小可以忽略，直接把地球当成质点来处理

3、。在运动学中大多数情况下都是把研究对象当成质点来处理。再比如假设阻力恒定时，我们把车辆的制动，子弹打木块看成匀减速直线运动；把空气阻力影响小，从高处静止释放后物体的运动看成自由落体运动等等。3.运用物理模型有利于发挥想象力和物理抽象能力。从宏观世界中的天体的运行到微观世界中的分子原子、基本粒子的运动一般都是比较复杂的，只有采用适当的物理模型来分析，才能发挥物理抽象思维的作用。三、物理模型的运用随着教学改革的深入，二期课改的精神是更突出对学生应用能力及创新能力的挖掘和培养，大量实践应用型、信息给予型、估算型等物理问题频繁出现于学生

4、的面前，由此，如何于实际情景中构建物理模型借助物理规律解决实际问题则成了一个重要环节。（一）、运用物理模型解题的基本程序（1）通过审题，摄取题目信息.如：物理现象、物理事实、物理情景、物理状态、物理过程等。（2）弄清题给信息的诸因素中什么是起主要因素。（3）在寻找与已有信息（某种知识、方法、模型）的相似、相近或联系，通过类比联想或抽象概括，或逻辑推理，或原型启发，建立起新的物理模型，将新情景问题“难题”转化为常规命题。（4）选择相关的物理规律求解。（二）、运用物理模型解题的基本方法（1）通过摄取信息构建物理模型。（2）通过类比等

5、效的思维方法构建物理模型。（三）、运用物理模型解题的举例1、直线运动模型例1：有句谚语，叫做“条条大路通罗马”，但通往罗马最近的路在哪里呢？有人会说，是出发地与罗马城口之间直线连结的这段路径，即这两点间的位移大小就是最短的路。这当然不对，因为不可能有直道，有时要攀越崎岖的山路，那么此时应如何选择行走路线最短呢？我们可以将上题转化为类似下题的直线运动问题来解答。如图所示；画出从A点出发，越过边长为a的正方体的顶面界线CD、D’C’后到达B’处的捷径路线。A’B’D’FC’D’FC’D’C’CEDDECA’B’A’B’ABAB图（1

6、）图（2）[分析与解答]按实际情况，由于A、B’两地之间不能直接穿越，我们可以设想把行走时经过的三块平面ABCD、DCC’D’、D’C’B’A’组成的立体图摊在同一平面上，如图（2）所示，这样，连结AB’所得到的线段应是最短的，因此，当我们沿着图中AB’与交点E、F组成的直线路径AE、EF、FB’行走是，路径最短。例2：如图所示的一根光滑的硬质弹簧，固定在水平地面上，弹簧的高为h，直径为d，现有一只带孔的小钢球套在其顶端A点，从静止释放，求小球落到地面B点的时间？ACB图（3）图（4）这题与例1相似，我们依然可以将弹簧展开成一条

7、斜线，这样就相当于图（4）小球沿斜面AB做匀加速直线运动，斜面的倾角sin∠B=h/лd[分析与解答]小球沿斜面AB做匀加速直线运动，斜面的倾角sin∠B=h/лd由s=at2/2得t=√2s/a=√2лd/gsin∠B=√2/h。2．单摆模型例3：如图(5)，一个半径为R（较大）的光滑圆弧轨道。O是它的圆心，O’是它的最低点，今让小球A自由下落，另一个小球B自靠近O’点沿轨道释放，不计空气阻力，试问哪一个小球先到O’点。A0Bo’图（5）解：首先，轨道是光滑的，在它上面运动的物体，不管形状如何，其运动必是平动，故可将B球视做质

8、点，又因R较大，A球也可视作质点（对象模型）。小球A的运动为自由落体运动，而又因R较大，轨道光滑，B离O’点十分近，故B的运动可视作摆长为R的单摆运动即简谐运动（过程模型）。弄清了研究对象是什么模型，研究过程是什么模型，难题也就不难了，否则B的运动按一般动力学方