高中物理教學(xué)中物理模型的構(gòu)建與應(yīng)用

1、高中物理教學(xué)中物理模型的構(gòu)建與應(yīng)用高中物理教學(xué)中物理模型的構(gòu)建與應(yīng)用一、前言物理是高中教學(xué)當(dāng)中非常重要的一門學(xué)科，但其抽象的知識(shí)原理也讓許多學(xué)生覺得比擬難懂難學(xué)，甚至厭惡物理學(xué)習(xí)。因此在高中物理教學(xué)中應(yīng)用物理模型輔助教學(xué)，能幫助學(xué)生理解物理問題，同時(shí)可以更直觀的解決物理問題，繼而進(jìn)步學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣。二、物理模型的含義和構(gòu)建原那么一含義簡(jiǎn)介構(gòu)建物理模型指的是在物理學(xué)當(dāng)中把問題做簡(jiǎn)化，繼而構(gòu)建起來可以解決實(shí)際問題的一種比擬有效的方式，也可以稱作是物理學(xué)的思想方法。我們可以將其歸納為：把生活和自然界當(dāng)中存在的問題做提煉之后把問題抽象成一種物理模型，以實(shí)物或畫圖形式直觀的表達(dá)認(rèn)識(shí)對(duì)象的特征，然后解

2、出答案并驗(yàn)證其是否合理，將構(gòu)建的物理模型所得到的結(jié)果來解釋現(xiàn)實(shí)中存在的問題并對(duì)這一物理知識(shí)進(jìn)展應(yīng)用就是物理建模。二構(gòu)建原那么構(gòu)建物理模型可以詳細(xì)的反映出詳細(xì)事物其物理上的本質(zhì)，然后抽取出其原型當(dāng)中存在的主要物理特征，再使用科學(xué)知識(shí)以及物理試驗(yàn)數(shù)據(jù)作為模型構(gòu)建的支撐。所以，我們?cè)诟咧形锢斫虒W(xué)當(dāng)中構(gòu)建和應(yīng)用物理模型就一定要堅(jiān)持科學(xué)合理這一根本原那么，絕不能隨意構(gòu)建?？偟膩碚f，我們?cè)跇?gòu)建物理模型時(shí)必須遵循的原那么包括下面幾點(diǎn)：第一，模型要可以反映出研究對(duì)象其本質(zhì)上的特征。質(zhì)點(diǎn)力學(xué)中建立的第一個(gè)、也是最簡(jiǎn)單的物理模型是質(zhì)點(diǎn)。假如一個(gè)物體自身的線度與它的運(yùn)動(dòng)范圍的線度相比微缺乏道，或者在所研究的問題中允

3、許忽略物體各部分運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的差異，這樣的物體可按質(zhì)點(diǎn)模型處理，否那么就要按其實(shí)際形狀討論。同時(shí)構(gòu)建電場(chǎng)和磁場(chǎng)等相關(guān)的物理模型時(shí)也需要遵循這一原那么，只有這樣我們才能確保在教學(xué)當(dāng)中可以通過物理模型的構(gòu)建來讓學(xué)生可以深化理解相關(guān)概念和原理并真實(shí)的反映出事物的原型。第二，構(gòu)建模型時(shí)要以實(shí)驗(yàn)作為根據(jù)。構(gòu)建物理模型絕不可以隨意進(jìn)展，其構(gòu)建的根底是科學(xué)知識(shí)以及物理理論。因此構(gòu)建物理模型時(shí)一定要以實(shí)驗(yàn)為根據(jù)，所有的修改和適用范圍等都一定要堅(jiān)持這一根本原那么。例如牛頓第一定律是牛頓在伽利略和笛卡兒等人的實(shí)驗(yàn)和論證的根底上進(jìn)一步總結(jié)和科學(xué)推論而得出的。三、高中物理教學(xué)中構(gòu)建物理模型的意義和詳細(xì)應(yīng)用一意義1.幫助學(xué)

4、生理解物理含義和原理。在高中物理教學(xué)當(dāng)中構(gòu)建和應(yīng)用物理模型，要科學(xué)分析和歸納物理現(xiàn)象，通過抓取物理現(xiàn)象的本質(zhì)要素，去除次要因素從而構(gòu)建出物理模型。同時(shí)還要通過物理量來量化，讓物理概念之間存在的聯(lián)絡(luò)上升為物理規(guī)律。在構(gòu)建物理模型這一過程中讓學(xué)生參與到其中，這不但可以讓學(xué)生獲取知識(shí)，同時(shí)也讓他們對(duì)科學(xué)構(gòu)建研究問題的方法有了更深層次的認(rèn)識(shí)，進(jìn)步教學(xué)效果。2.進(jìn)步學(xué)生的創(chuàng)造性思維程度。構(gòu)建物理模型的過程實(shí)際上就是一個(gè)創(chuàng)造過程，通過對(duì)問題的觀察和研究分析之后，通過思維來創(chuàng)造一個(gè)理想化的模型。所以老師在課堂當(dāng)中引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建物理模型不但可以讓學(xué)生加深對(duì)知識(shí)的理解和穩(wěn)固，同時(shí)還可以激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新才能和學(xué)習(xí)積極

5、性。二詳細(xì)應(yīng)用1.在實(shí)驗(yàn)教學(xué)當(dāng)中構(gòu)建和應(yīng)用物理模型不僅可以讓學(xué)生更直觀的理解物理學(xué)知識(shí)，同時(shí)還可以培養(yǎng)學(xué)生構(gòu)建物理模型的才能。由于在現(xiàn)實(shí)中空氣的摩擦或者接觸面的摩擦總是存在的，故大多數(shù)的物理學(xué)實(shí)驗(yàn)都是在模擬與之相關(guān)的物理場(chǎng)景或過程，通過抓取物理現(xiàn)象的本質(zhì)要素，去除次要因素從而構(gòu)建出物理模型。由此可見在實(shí)驗(yàn)教學(xué)當(dāng)中構(gòu)建和應(yīng)用物理模型是有其優(yōu)越性的。比方我們?cè)诮虒W(xué)章節(jié)單擺當(dāng)中，老師希望學(xué)生可以更好的研究單擺的運(yùn)動(dòng)，就可以通過讓學(xué)生嘗試構(gòu)建相關(guān)的物理模型來加深理解。老師可以把學(xué)生分成多個(gè)小組，讓其討論分析物理模型的構(gòu)建方式，通過討論之后可以將分析結(jié)果歸納為以下幾點(diǎn)：首先，假設(shè)在一定的場(chǎng)合和條件下，認(rèn)

6、定小球的擺角小于5時(shí)，其振動(dòng)周期與小球的質(zhì)量、大小是無關(guān)的；其次，準(zhǔn)備一組兩個(gè)懸線一樣但質(zhì)量不等的小球；一組兩個(gè)質(zhì)量相等但懸線不一樣的小球；一組兩個(gè)懸線一樣且質(zhì)量相等的小球；第三，進(jìn)展實(shí)驗(yàn)，讓第一組與第二組的擺角大于5，第三組的擺角那么小于5，然后觀察情況；第四，學(xué)生將觀察到的現(xiàn)象做下記錄并找出規(guī)律，并使用相關(guān)理論進(jìn)展分析，把現(xiàn)象問題抽象化；最后，讓學(xué)生抓住模型構(gòu)建的主要因素，然后分小組討論和單擺運(yùn)動(dòng)類似的現(xiàn)象，同時(shí)做比擬和實(shí)驗(yàn)。2.解答問題時(shí)應(yīng)用物理模型的構(gòu)建。高中物理知識(shí)的原理都比擬抽象和簡(jiǎn)單，但是不少學(xué)生在學(xué)習(xí)完原理之后卻很難將其應(yīng)用到解題當(dāng)中。因此，在學(xué)生積累了一定的知識(shí)之后，老師通過

7、教授典型的習(xí)題來進(jìn)步學(xué)生物理模型構(gòu)建的才能。比方我們可以通過以下實(shí)例來構(gòu)建物理模型，幫助學(xué)生解題。在程度光滑桌面上放上兩個(gè)物體A、B，A=1kg，B=2kg，兩個(gè)物體之間使用不能伸長的細(xì)線連著，細(xì)線的質(zhì)量不計(jì)，兩物體分別受到程度向左的拉力F1=10N以本文由論文聯(lián)盟.Ll.搜集整理及程度向右的拉力F2=40N的作用，求出兩物體間細(xì)線的拉力是多少。由題可知，因?yàn)榧?xì)線不能伸長，同時(shí)兩物體有共同的加速度，所以在這個(gè)問題當(dāng)中我們可把兩物體看成是一個(gè)整體來作答。兩物體的共同加速度為：因?yàn)槲矬wA受到向右拉力F以及F1拉力作用，那么F-F1=Aa，即F=F1+Aa=10+110=20N。雖然這個(gè)問題比擬根底

8、，卻很典型，因此在應(yīng)用整體模型上非常適宜，尤其是在解答力學(xué)問題當(dāng)中都需要應(yīng)用到這種整體和部分相結(jié)合的理念，假如學(xué)生可以巧妙的運(yùn)用模型構(gòu)建的話那么會(huì)使許多問題變得明晰明了，解答問題也會(huì)更容易。3.和數(shù)學(xué)模型相結(jié)合。高中物理和數(shù)學(xué)有著親密聯(lián)絡(luò)，兩者不管在知識(shí)還是解題方法上都有聯(lián)絡(luò)。因此在高中物理教學(xué)當(dāng)中構(gòu)建并應(yīng)用數(shù)學(xué)模型是非常常見且有效的方式。構(gòu)建數(shù)學(xué)模型不但可以對(duì)相關(guān)的物理知識(shí)進(jìn)展簡(jiǎn)潔明了的闡述，而且還可以讓學(xué)生的抽象思維變?cè)敿?xì)。下面我們就通過以下例子來說明。如下圖，邊界A與之間分布有垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，邊界A上有一粒子源S。某一時(shí)刻，從S平行于紙面向各個(gè)方向以某一速率發(fā)射出大量比荷為q/的

9、同種正電粒子，經(jīng)過一段時(shí)間有大量粒子從邊界射出磁常磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，A=60，、S兩點(diǎn)間的間隔 為L，從邊界射出的粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的最短時(shí)間t=，忽略重力的影響和粒子間的互相作用，那么粒子的速率為由題可知：粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，所有粒子的初速度大小一樣，軌跡半徑一樣，弦越短，軌跡的圓心角越小，運(yùn)動(dòng)時(shí)間越短。入射點(diǎn)是S，出射點(diǎn)在直線上，出射點(diǎn)與S點(diǎn)的連線為軌跡的一條弦。作ES，如圖3所示，那么ES為最短的弦，粒子從S到E的時(shí)間即最短。由題知，粒子運(yùn)動(dòng)的最短時(shí)間等于t=，根據(jù)洛倫磁力充當(dāng)向心力知粒子運(yùn)動(dòng)的周期T=，故該粒子運(yùn)動(dòng)軌跡的圓心角=120。S=L，由幾何知識(shí)求得ES=L，

10、粒子運(yùn)動(dòng)的軌跡半徑R=L，又根據(jù)公式R=，可求得v=。應(yīng)選A。由以上例子可看出構(gòu)建數(shù)學(xué)模型不但可以對(duì)相關(guān)的物理知識(shí)進(jìn)展簡(jiǎn)潔明了的闡述，而且還可以讓學(xué)生的抽象思維變?cè)敿?xì)。4.課堂教學(xué)中應(yīng)用物理模型。高中的物理教學(xué)當(dāng)中經(jīng)常需要用到物理模型，通過對(duì)物理模型巧妙合理的構(gòu)思設(shè)計(jì)出便于學(xué)生理解和記憶的物理模型，以類比、等效的方式讓學(xué)生在學(xué)習(xí)高中物理中面對(duì)一些生疏的原理和問題時(shí)可以通過模型和以前熟悉的物理模型相對(duì)應(yīng)，繼而起到啟發(fā)，更容易理解的作用。比方在穩(wěn)固學(xué)生對(duì)電荷場(chǎng)強(qiáng)和場(chǎng)的疊加原理知識(shí)的時(shí)候，老師可以通過下面這道題來加強(qiáng)學(xué)生對(duì)該知識(shí)的理解和應(yīng)用。設(shè)在無限大的金屬板的上面間隔 板塊d處有正電荷，其電量為Q，求金屬板外表的正電荷正下方P點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)大小是多少。假如使用普通的思路來解這道題是比擬難的，學(xué)生甚至無從下手，因?yàn)镻點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)是電荷Q和板上感應(yīng)負(fù)電荷在這一處所產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)的疊加值。但因?yàn)楦咧袑W(xué)生還沒有學(xué)過怎么計(jì)算板上的感應(yīng)負(fù)電荷于P附近產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)值，同時(shí)也找不出相對(duì)應(yīng)的物理模型可以和圖例匹配。這個(gè)時(shí)候我們就可以設(shè)想并構(gòu)建一個(gè)和平面鏡成像相似的鏡面對(duì)稱的模型，就是說假設(shè)在金屬板的下面和正電荷Q相對(duì)稱的地方有一個(gè)負(fù)電荷，如下列圖所示，那么P點(diǎn)周圍的場(chǎng)強(qiáng)就可以等效為這一對(duì)正負(fù)電荷所產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)值的和，這樣一來就很容易解開這道題了。根據(jù)點(diǎn)電荷的場(chǎng)強(qiáng)公式以及場(chǎng)的疊