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1、浅谈物理模型 摘 要： 物理模型是物理思想的产物，是科学地进行物理思维并从事物理探讨的一种方法。本文从中学常见的物理模型的种类、理模型特点、物理模型的地位和主要功能等方面分析物理模型。 关键词： 物理模型 种类 特点 地位 功能 模型，意思是尺度、样本、标准。钱学森给模型下了这样的定义：“模型就是通过对问题现象的分解，利用我们考虑得来的原理汲取一切主要的因素，略去一切不主要的因素，所创建出来的一幅图画” 一、中学常见的物理模型的种类 物理模型是物理思想的产物，是科学地进行物理思维并从事物理探讨的一种方法。就中学物理中常见的物理模型，可归纳如下： 物理对象模型化。物理中的某些客观实体，如质点，舍
2、去物体的形态、大小、转动等性能，突出它所处的位置和质量的特性，用一有质量的点来描绘，这是对实际物体的简化。当物体本身的大小在所探讨的问题中可以忽视，也能当做质点来处理。类似质点的客观实体还有刚体、点电荷、薄透镜、弹簧振子、单摆、志向气体、志向电流表、志向电压表等。 物体所处的条件模型化。当探讨带电粒子在电场中运动时，因粒子所受的重力远小于电场力，可以舍去重力的作用，使问题得到简化。力学中的光滑面；热学中的绝热容器、电学中的匀强电场、匀强磁场等，都是把物体所处的条件志向化了。 物理状态和物理过程的模型化。例如，力学中的自由落体运动、匀速直线运动、简谐运动、弹性碰撞；电学中的稳恒电流、等幅振荡；热
3、学中的等温改变、等容改变、等压改变等都是物理过程和物理状态的模型化。 志向化试验。在试验的基础上，抓住主要冲突，忽视次要冲突，依据逻辑推理法则，对过程进一步分析、推理，找出其规律。例如，伽利略的志向试验为牛顿第肯定律的产生奠定了基础。 物理中的数学模型。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。在建立物理模型的同时，也在不断地建立表现物理状态及物理过程规律的数学模型。当然，由于物理模型是客观实体的一种近似，以物理模型为描述对象的数学模型，也只能是客观实体的近似的定量描述。 二、物理模型特点 物理模型是抽象性和形象性的统一。物理模型的建立是舍弃次要因素，把握主要因素，化困难为简洁
4、，完成由现象到本质、由详细到抽象的过程，而模型的本身又具有直观形象的特点。 物理模型是科学性和假定性的辩证统一。物理模型不仅再现了过去已经感知过的直观形象，而且要以从前获得的科学学问为依据，经过推断、推理等一系列逻辑上的严格论证，所以，具有深刻的理论基础，即具有肯定的科学性。志向模型来源于现实，又高于现实，是抽象思维的结果，所以又具有肯定的假定性，只有经过试验证明了以后才被认可，才有可能发展为理论。 三、物理模型的地位和主要功能 物理模型的在物理学中占有重要的地位。从某种意义上说，物理学的发展过程可以说是一个不断建立模型、运用模型和修正模型的过程。譬如，在人类相识宇宙的过程中，早期有托勒密的地
5、心说宇宙模型，他在天文学大全一书中，认为地球是宇宙的中心，静止不动，而太阳及其他群星绕地球运动，这明显是不对的，后来被哥白尼的日心说代替。哥白尼的日新说是以太阳为中心的宇宙理论，但是哥白尼的天体模型只是部分反映客观世界的真实状况，事实上行星的运动轨道并非圆形，开普勒在第谷的精确观测的基础上，提出了正确的天体模型，指出了行星轨道是一个椭圆，太阳位于一个焦点上，该模型被天文观测所证明。牛顿一方面运用开普勒的行星运动的太阳系模型，另一方面运用数学方法，证明白一个球体吸引它外面的物体时，它们的质量就似乎都集中在它们各自的中心一样，太阳系中的全部星球可视为有质量而无形态与大小的质点，当然也可把宇宙万物视
6、为质点，牛顿首先发觉了万有引力定律。 通过对物理学的学习，不难发觉，质点模型和电磁学中的点电荷模型是万有引力定律、牛顿定律、库仑定律、洛伦磁力公式等基本规律，以及质点力学等基本理论赖以建立的基础。事实上，物理学许多基本规律和基本理论的建立，往往都是以能揭示事物本质特征的某种简化模型为基础的。而由于探讨对象和所涉及问题的困难性，物理模型种类繁多，各具特色。除了点电荷和质点外，刚体、志向弹性体、志向气体、连续介质、志向导体、志向电解质、核模型等都是。它们从不同侧面描述和揭示在各种问题中实际物体的特征，所以可以这样说，各种物理模型的建立和发展是物理学深度和广度发展的重要标记。 物理模型在促进物理教学
7、中的重要作用。 1.建立和正确运用物理模型可以提高学生理解和接受新学问的实力。例如，我们在运动学中建立了“质点”模型，学生对这一模型有了充分的相识和足够的理解，为以后学习质点的运动、万有引力定律、物体的平动和转动，以及电学中的“点电荷”模型、光学中的“点光源”模型等奠定了良好的基础。使学生学习这些新学问时简单理解和接受。 2.建立和正确运用物理模型有利于学生将困难问题简洁化、明白化，使抽象的物理问题更直观、详细、形象、显明，突出了事物间的主要冲突。 3.建立和正确运用物理模型对学生的思维发展、解题实力的提高起着重要的作用。可以把困难隐含的问题化繁为简、化难为易，收到事半功倍的效果。每一个物理过
8、程的处理，物理模型的建立，都离不开对物理问题的分析。教学中，通过对物理模型的设计思想及分析思路的教学，能培育学生对较困难的物理问题进行详细分析，区分主要因素和次要因素，抓住问题的本质特征，正确运用科学抽象思维的方法解决物理问题的实力，有助于学生思维品质的提高，有助于学生驾驭物理学的探讨方法。 4.教会学生正确的物理思维方法。正确的思维方法是提高思维实力的基础，由于年龄的关系，学生一般多留意学问的学习，并不关切自己的思维方法是否正确，也不懂不同阶段的学习对思维方法有不同要求，更不能自觉地订正一些不正确的思维方法，这就影响了思维发展。因此，指导学生运用正确的思维方法是很重要的。 错误的思维方法会严
9、峻影响学生对物理概念、物理规律和物理过程的分析和理解。在志向模型的建立和分析的教学过程中，要摸清学生各种错误的思维方法，刚好予以订正。例如，学生受了肯定化的片面思维方法的影响，不理解物理学中采纳的志向化的思维方法，以为志向化不精确，脱离实际，有时对老师导出的某公式所采纳的近似方法表示不行理解，在试验中追求一百零一分之一百零一的精确度。订正这类思想的方法是指出志向化的普遍性和牢靠性，说明志向化方法是突出事物的主要性质和影响物质改变的主要方面。它可以使问题的处理大大简化，又不会与实际产生大的偏差，为物理探讨过程所普遍采纳，很多定律都有志向化的探讨对象和志向化的条件。在教学中近似处理问题时，要以详细数字说明近似处理后不会产生大的偏差。 这样能促进学生实力的提高，也提示学生应用同样的方法处理问题。 第6页 共6页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页