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簡論解決物理問題的模型思維方法

霍蓮霞

論文摘要物理模型思維在中學(xué)的研究和學(xué)習(xí)中是物理學(xué)習(xí)、分析處理和解決物理問題的思維方法。通過簡化和純化研究對象及其所處的狀態(tài)和發(fā)展變化的過程,大大的方便了對物理問題的處理。在許多實際的物理問題中,有些研究對象以及它們所處的狀態(tài)和發(fā)展變化的過程都比較接近物理模型,更拓寬了物理模型的應(yīng)用范圍。

論文關(guān)鍵詞物理問題模型思維模型分類模型轉(zhuǎn)換

高中階段學(xué)生解決問題存在的困難就在于不能隨著物理情景的變化而建立恰當(dāng)?shù)奈锢砟P停瑥亩鴮ふ疫m合的物理規(guī)律。學(xué)生由于思維定勢,拿到實際題目后不能從審題中確定準確的物理圖景,建立恰當(dāng)?shù)奈锢砟P停窍氘?dāng)然的和以往的題目做比較,熟悉的就套公式,不熟悉的就無從下手,長期就導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)物理沒有興趣,不知來龍去脈,更談不上從解題過程中鞏固基礎(chǔ)知識,培養(yǎng)各種思維能力的目的。因此在高中物理教學(xué)中一定要重視物理模型思維方法的培養(yǎng)。

一、模型的分類

物理模型是一個理想化的形式,可以從不同的角度有不同的區(qū)別,為了便于理解和應(yīng)用,根據(jù)中學(xué)物理教學(xué)和教學(xué)功能模型的特點,可以分為三類:對象模型,條件模型,過程模型。 (一)對象模型 在具體的物質(zhì)組成的地方使用,被稱為代表實體對象系統(tǒng)的對象模型。這種類型的模型是最常見的,在高中物理中剛體、杠桿,輕彈簧,質(zhì)子、單擺、彈簧振子、分子模型,絕緣材料、黑體、理想導(dǎo)體、絕緣體、理想電表、純電阻、無限長螺線管,薄透鏡原子的核結(jié)構(gòu)模型等。 (二)過程模型 具體的物理過程理想化,抽象的純物理過程,被稱為過程模型。事情的性質(zhì)發(fā)生變化的各種路徑是極其復(fù)雜的,在物理學(xué)的研究,不可能面面俱到。主要是區(qū)分其主要因素和次要因素,然后忽略次要因素,在運動的過程中獲得變化結(jié)果,以便只留下的主要因素。理想的模型,如勻速直線運動,勻變速直線運動等運動過程,都是以突出某一方面的主要特點,忽略一些二次加工后的過程而抽象成為理想的過程。這些都是一個過程模型。 (三)狀態(tài)模型(也稱為有條件的模型) 研究的外部條件是處于理想狀態(tài)中,排除在外部條件的次要因素的干擾是研究運動的本質(zhì)特征,突出的外部條件,是我們之所以建立物理模型的最重要因素。因此而建立的模型被稱為狀態(tài)模型。如光滑平面,燈桿,燈繩,均勻介質(zhì),均勻的電場,等等,都屬于有條件的模型。有條件的模型的建立,是為了簡化問題的復(fù)雜性,從而在一種理想的運動狀態(tài)中得出它的運動模式。 在教學(xué)中根據(jù)中學(xué)物理中的大量實際問題的諸多特點而建立的上述三種模式,事實上,在相同的物理問題,往往需要創(chuàng)建多個模型,多種模型往往利用集成的物理問題的研究不可分離的模型,我們不能僅僅滿足對知識的學(xué)習(xí),應(yīng)基于物理的思維方式,注意方法的滲透,自覺學(xué)習(xí),注意加強意識的模型,選擇適當(dāng)?shù)哪J絹斫鉀Q物理問題。

二、模式轉(zhuǎn)型

理想的模式是不僅物理學(xué)賴以建立的基本思路,而且在解決實際問題的重要途徑和方法用于物理。物理模型是有限的,但客觀事物是無限的,尤其是高中物理教學(xué),由于學(xué)生所學(xué)的物理知識和數(shù)學(xué)能力的限制,約束,許多物理模型不能直接抽象為學(xué)生熟悉與模型。這就需要我們引導(dǎo)學(xué)生某些類型的操作,他們是熟悉另外一個陌生的模型的替代模型,只要在該模型的前提下,同樣的效果轉(zhuǎn)換,往往使問題變得更簡單,更具體,更生動,更容易掌握。 (一)變換研究對象進行模型轉(zhuǎn)換 一個物理問題中總會涉及到很多物體,解決問題時首先應(yīng)明確研究對象,根據(jù)題目的要求選擇恰當(dāng)?shù)难芯繉ο髮τ诮忸}過程是否順利起著決定性的作用。有時研究對象選單個物體,有時選多個相互作用的物體組成的系統(tǒng),還有時在同一個問題中須根據(jù)研究過程情景的變化靈活變換研究對象來解決問題。 (二)認真分析運動過程進行模型轉(zhuǎn)換 一個物理問題的解決,很重要的方面是物理過程和物理狀態(tài)的分析,只有深刻透析過程中的物理性質(zhì)的分析,可以發(fā)現(xiàn)其所按照規(guī)律,以便選擇適當(dāng)?shù)奈锢砉剑鉀Q未知的參數(shù)和未知量,以達到解決問題的目的。 (三)恰當(dāng)選擇參考系進行模型轉(zhuǎn)換可達事半功倍的效果 在研究物體的運動之前必須首先選定參考系,習(xí)慣上大家都選相對于地面不動的物體為參考系。但是,有時這樣選擇后卻使得問題特別復(fù)雜而難以解決。因此為了研究的方便,也可以視問題的具體情況巧妙的選用其他物體做參考系(如兩車的追及問題、同時開始的自由落體問題等),從而可簡化求解過程。

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