浅谈物理教学中的理想化模型

合集下载

浅谈高中物理教学中的建模思想

浅谈高中物理教学中的建模思想

浅谈高中物理教学中的建模思想物理学是研究物理现象及其变化规律的科学。

事物之间复杂的相互联系,一方面反映了必然联系的规律性,同时又存在着许多偶然性,使我们的研究产生了复杂性。

为了使研究变为可能和简化,常采取先忽略某些次要因素,把问题理想化的方法。

这就是先建立物理模型,然后在一定条件下,用于处理某些实际问题。

物理模型是把研究对象抽象成某种理想模型,然后研究理想模型的物理过程并选用正确的物理方法。

物理模型是在抓住主要因素忽略次要因素的基础上建立起来的,它能具体、形象、生动、深刻地反映事物的本质和主流。

一、物理建模在教学中有巨大的作用物理模型是对物理现象本质属性的抽象和纯化,突出反映了它所代表的原型的性质和规律。

物理学研究的基本方法是通过观察和实验提出模型假设,再经过实际应用与实验加以检验和修正,从而建立正确的物理模型。

学生的对物理学的认知过程,也是在原有的认知结构中不断建立一系列新的“物理模型”,从而进行知识的积累与深化的过程。

因此在物理教学中,增强“建模”意识,重视物理模型的教学,既有利于学生掌握物理知识,提高应用知识的能力,也可以引导学生形成科学的学习习惯和方法,提高学生素质。

建立和正确使用物理模型可以提高学生理解和接受新知识的能力。

使学生学习这些新知识时容易理解和接受。

建立和正确使用物理模型有利于学生将复杂问题简单化、明了化,使抽象的物理问题更直观、具体、形象、鲜明,突出了事物间的主要矛盾。

建立和正确使用物理模型对学生的思维发展、解题能力的提高起着重要的作用。

可以把复杂隐含的问题化繁为简、化难为易,起到事半功倍的效果。

二、基本模型的建立基本物理模型是关于物理现象的一般性模型,反映了物理学的基本规律,因此建立好基本模型是物理教学的基础性工作。

学生通过观察、思考,在对物理现象的感性认识基础上形成与相应的物理概念、规律相结合从而在认知结构中建立起崭新的物理模型,这是模型认知的一般规律。

物理教学中,可利用多种形象、直观的教学手段,充分展示物理现象中的各状态及过程的物理图景,帮助学生认识模型形式及内含的物理规律,这样既能激发学生的兴趣又可有效地降低学生建立模型的难度,提高学习效率。

浅谈初中物理教学中的理想化观点_

浅谈初中物理教学中的理想化观点_

浅谈初中物理教学中的理想化观点作者:倪德鹏来源:《中学生数理化·学研版》2015年第03期摘要:在进行初中物理教学中教师要从整体上把握教材精神实质.除了分析教材的逻辑结构外,还要找出融汇在物理知识内容中的物理思想和物理观点,只有掌握了正确的思想观点,才能更深刻地理解知识,进而认识物质运动的普遍规律.理想化的观点是指并非物理事实而又合乎规律的观点.它是以物理实验为基础,通过科学抽象概括出来的,其目的在于揭示被研究对象在想象的纯化状态下的物理规律.关键词:理想化观点模型实验仪器在初中物理教学中,理想化的观点具有相当普遍性的意义.严格来说,初中物理的全部内容(包括物理概念、规律、原理等)大都是在理想化的观点上建立起来的.理想化的方法有这几种形式:建立理想的模型、设计理想的实验、让实验仪器理想化、让运动物体所在的条件理想化等.以下笔者一一叙述.一、理想模型建立理想的模型是理想化观点的集中反映;理想模型是人们通过对理想的客体研究,从而建立的描述理想的客体特征、结构、规律的模型.理想模型不是客体事物本身,但当我们利用有关的理想模型来研究物理事实、物理现象、物理过程或物理规律时,具有简单、明了的特点,且反映了在一定条件下事物的本质.初中物理教材中涉及的理想模型主要有:质点、光滑面、磁感应线、点光源、原子结构模型等.建立理想的模型是研究大多数物理问题的重要思维方法.物理模型在实验现象与物理理论之间起着承前启后的作用,它是认识过程中的重要环节.在物理学中引入理想模型是可行的,但是必须注意理想模型的适用条件.例如:在初二物理讲走进分子世界研究分子动理论时,提出有关物质结构模型的猜想试图弄清物质的内部结构;用物质是由微粒组成、微粒间有空隙的微粒模型来解释扩散现象和水、酒精混合体积变小,而在研究原子内部信息时,只能建立类似行星绕日的核式结构模型,就不能再用微粒模型了.二、理想实验理想实验是人们在头脑中构想的实验,又叫假想实验.这种实验发挥大脑想象的功能,凭借想象中的理想化的仪器和设备在理想化条件下,通过心理的内部活动,在脑中进行理想化的“操作”和“观察”的手段,是逻辑推理.它也是在真实的科学实验基础上,抓住了主要矛盾,忽略了次要矛盾,对实际的过程作出更深入的抽象分析和层次推理从而得到新认识的过程.这种推理是符合一定的逻辑推理法则的.理想实验在物理学的研究中确实存在重要意义.比如初中物理教材中有:1.真空不能传声.在用抽气机不断向外抽钟罩内的空气,使钟罩内空气越来越稀薄时,人耳所听到的闹钟铃声越来越弱,根据这样的趋势向理想情况(真空)推理可知:声音不能在真空中传播,声音的传播需要物(介)质.在本实验中,往往不管怎么抽气总能听到极微弱的声音,其原因是总有介质把声音传播出来.2.伽利略斜面实验.伽利略设计的小球沿不同倾角的光滑斜面爬等高的实验,是典型的理想实验.他的设计思想集中体现在两个方面:第一、依据小球在不同倾角的斜面上几乎爬到等高的事实,设想如果斜面都是光滑的,小球肯定爬到等高;第二、设想斜面的倾角α连续减小到零,此时,小球再由爬不到等高而要永远运动下去,推理小球在光滑平面上,将以不变的速度永远运动下去.伽利略斜面实验为牛顿第一定律的建立奠定了坚实的基础.3.牛顿第一定律.将小车从同一斜面的同一高度释放,分别滚过水平面上铺有木板、玻璃板、棉布的表面时,由于棉布表面最粗糙,小车受到的摩擦力最大,很快就停下来,运动的距离最短,而玻璃板表面比较光滑,受到的摩擦阻力较小,让小车运动的距离就更远.通过小车在不同表面运动的距离不同,说明物体受到的阻力越小,速度改变越慢,物体不容易停下来.设想:如果我们还能找到更光滑的表面,则小车运动得更远,更不容易停下来.由此推理:如果表面光滑到一点阻力都没有,小车将无法停下来,永远运动下去;对大量的实验事实进行深入研究,总结得出牛顿第一定律.除此之外的理想实验还有,研究惯性时忽略瞬间摩擦,重力势能和动能的转化及弹性势能与动能的转化等.理想实验充分反映了理想化的观点,由于理想实验实质上是一个逻辑推理过程.因此不可以用来验证物理规律.相反,由理想实验得到的结论与规律,还需要通过实际的现象与事实来验证,才能确信其正确性.三、实验仪器理想化在初中物理的实验仪器中,也包含着丰富的理想化观点.例如:用米尺测量物体的长度时,总是把米尺的热胀冷缩的因素忽略了,认为米尺自身的长度不会随温度的变化而变化;用天平测量物体的质量时,总是把天平横杆当做刚体处理,并且认为天平的两臂总是相等的,使用的砝码也是标准的;用量筒间接测固体体积时忽略细绳体积;用弹簧测力计测物体所受重力时,不考虑弹簧和挂钩的重力;测水平或斜拉力时,也不考虑弹簧及指针与外壳间的摩擦和重力;用电表测电流和电压时,把电表常常视为理想电表(即:电流表看成导线、电压表看成断路;这样的话测量电流时,电流表的分压被忽略了,测电压时其分流也被忽略不计)等.在物理测量中,理想化的实验仪器为实际的非理想化的实验仪器,提供了可作类比的分析测量误差的方法.为分析物理问题和物理规律提供了一大助力.四、用理想化条件建立物理概念或规律初中物理的许多概念和规律都是在理想化的条件下建立起来的,如:匀速直线运动、弹性形变、电磁感应等.有些物理概念和规律是建立在理想模型基础之上的,如:光的反射定律是建立在平面镜模型基础之上的,原子内部结构认识建立在核式结构模型的基础上的等.利用这些理想化的模型辅助概念或规律的得出和理解.理想化的观点贯穿于初中物理的始终,我觉得我们教师在教学时,要让学生明白学习过程中所用到的理想过程、理想方法.逐步让学生掌握如何采用理想化观点中的方法,根据题目建立理想模型,并让学生学会用所教的理想模型来分析和解决实际的问题;一改学生一直以来认为物理难学的顾虑,成就学生学物理的高效率.。

理想化模型在大学物理教学中的应用探究

理想化模型在大学物理教学中的应用探究

理想化模型在大学物理教学中的应用探究引言在大学物理教学中,理想化模型是一个非常重要的概念。

理想化模型是指在研究一定物理现象或问题时,为了简化问题的复杂性和加强研究的可行性,并非现实或完全精确的模型。

在物理学中,理想化模型通常是基于某种实际情况的简化,以便用于解决一些特定的问题。

理想化模型在大学物理教学中的应用探究,对于学生理解物理概念、深入掌握知识具有非常重要的意义。

本文将从理想化模型的概念、在大学物理教学中的应用以及其对学生的影响等方面展开探讨。

一、理想化模型的概念理想化模型是物理学中一个非常重要的概念,其核心思想是为了简化问题的复杂性,以便更好地解决一些特定问题。

在现实生活中,绝大部分物理现象都是相当复杂的,包含着各种各样的因素和影响。

如果要对这些复杂的现象进行研究和分析,将需要大量的时间和资源,甚至有时候是不可能的。

为了更好地研究某些物理现象,科学家们常常将问题进行简化,建立与现实相对应的理想化模型。

理想化模型的建立,可以从几个方面进行简化。

第一是简化问题的结构,忽略掉其一些不重要的部分。

第二是简化问题的规模,使得问题的规模变得更小更容易研究。

第三是简化问题的环境,排除干扰因素,使问题更易于研究和描述。

通过这些方法,可以建立出与现实相对应的理想化模型,以便于了解和解决一些特定的问题。

在大学物理教学中,理想化模型具有非常广泛的应用。

在教学中,教师可以通过理想化模型来帮助学生更好地理解一些抽象的概念,以及更好地掌握一些复杂的知识。

以下将从力学、电磁学和热力学等方面,具体探讨理想化模型在大学物理教学中的应用。

1.力学在力学中,理想化模型有着非常广泛的应用。

以弹簧振子为例,教师可以通过理想化模型来简化问题,以便更好地讲解弹簧振子的运动规律。

通过理想化模型,可以将弹簧振子的运动规律简化为简谐运动,从而让学生更好地理解和掌握弹簧振子的运动规律。

在动力学中,理想化模型也有广泛的应用。

通过理想化模型,可以将问题的复杂结构简化,从而更好地讲解动力学中的一些问题。

浅析中学物理教学中的理想化方法

浅析中学物理教学中的理想化方法

浅析中学物理教学中的理想化方法内容提要: 本文研究了理想化方法的含义及种类,并结合中学物理的实际,阐述了在中学物理教学中应用理想化方法的必要性和重要性,同时也论述了教师怎样培养学生掌握理想化方法。

关键词: 理想化、理想模型、理想实验一.理想化方法界定理想化方法,是科学抽象的一种特定形式,是人们运用理性思维的方式之一。

我们知道物理学所研究的各种事物及现象都是很复杂的,往往是各种因素都交织在一起。

为了找到研究问题的思路和简化程序,人们就在一定场合,一定条件下把现存的实际事物当作理想形态处理,对这些复杂的实体或实体过程进行思维加工。

因为在一定现象中,并不是所有的条件,所有的性质都起着同等重要的作用,所以有必要对实体(或过程)给予简化,纯化,抽取主要因素,抓住主要矛盾,舍去次要因素,排除偶然性,揭示必然联系。

所谓理想化就是在思维中,用理想的客体代替现实的客体,按照一定的逻辑规则,通过设想,推导,论证揭示事物的思维过程。

二.理想化方法的分类理想化方法包括理想模型和理想实验。

1.理想模型理想模型是以客观存在的事物为原型,在思维中形成一种高度抽象的理想客体,并用之来代替原型,建立描述这种客体本质属性的方法。

在中学物理中我们对各种实际物理问题的研究是按下图所示的模式进行的:推导图 (1)先将物理问题经过科学抽象简化成某个物理模型,然后研究模型,推导有关物理规律,再运用这些物理规律去分析解决实际的物理问题。

这样一个循环的过程,也就是一个“实践——理论——实践”的过程。

理想模型有实物模型和过程模型。

(1).实物模型物理学的研究对象是客观存在的实际物体,通过简化,抽象建立起来的物理模型叫做实物模型。

翻开中学物理课本,映入眼帘的是“质点”,“刚体”,“单摆”,“弹簧振子”,“点电荷”,“理想气体”,“光滑斜面、导轨”等,这些模型正是事物在某种条件下的近视,即实物模型。

我们拿“质点”模型来加以说明。

一般情况下,我们研究一列火车沿铁轨运动,严格说来是很复杂的,其中有火车车身的运动,车轮的转动,车厢的晃动蒸汽机活塞的运动,水和水蒸气的热运动,发电机中的电磁运动等等。

论物理学中的理想模型

论物理学中的理想模型

论物理学中的理想模型摘要:理想化模型就是只考虑事物本身及其影响的主要因素,而忽略其次要因素的理想想象。

它是为了我们更好的分析研究对象而采用的一种方法。

通过理想化使物理规律简单、明晰,易于理解。

关键字:理想模型条件模型主要因素次要因素物理世界是纷繁复杂的,正如我们所感受到的一样。

事物之间,总是存在着千丝万缕的联系,在我们研究这个纷繁的事务之间的千丝万缕的联系时,难免会被各种因素所困扰。

但我不希望那些无关紧要的因素去左右我们的想法。

这就是理想化模型的动机!保留对所研究问题起决定影响的主要因素,以突出物质的基本特征及其基本规律。

这种科学抽象的产物就是理想化模型。

什么是理想化模型呢?就是对一个客观的事物,只考虑事物本身及其影响的主要因素,而忽略其次要因素,对客观事物的存在条件、属性、状态等的一种理想的想象。

物理模型的理想化是为了我们更好的分析研究对象而采用的一种方法,它的原则是突出主要矛盾!它的目标是忽略次要因素,展现问题的本质!一、理想模型的种类1、物理对象模型实际物体在某些特定条件下往往可抽象为理想的研究对象,即物理对象模型。

物理中常见物理对象的理想模型有:质点、刚体、弹性体、理想流体、弹簧振子、单摆、点电荷、试验电荷、无限大平板、点磁荷、纯电阻(纯电容、纯电感)、光线、薄透镜、点光源、绝对黑体、汤姆逊模型、卢瑟福模型等。

如研究竖直放置在光滑圆弧形轨道上的物体作小幅度运动时就可以把它等效为单摆模型处理;研究跳水运动员时就要把跳水运动员看作全部质量集中在其重心的一个质点模型。

2、物理过程模型将实际物理过程进行处理,忽视次要因素,考虑主要因素;忽略个性,考虑共性,使之成为典型过程,即过程模型。

比如:匀速直线运动,匀变速直线运动,抛体运动,匀速圆周运动,简谐运动,质点运动的自由落体运动,完全弹性碰撞,电学中的稳恒电流,等幅振荡,热学中的等温变化、等容变化、等压变化、绝热变化等等都是物理过程、物理状态的模型。

在中学物理教学中建立理想化物理模型的探讨-2019年教育文档

在中学物理教学中建立理想化物理模型的探讨-2019年教育文档

在中学物理教学中建立理想化物理模型的探讨在中学物理教学过程中,理想化模型是很重要的一个工具,建立理想化物理模型,是非常重要的一个过程,建立好了理想化模型,对学生的学习是万丈高楼的基石。

物理模型是在抓住主要因素忽略次要因素的基础上建立起来的,它能具体、形象、生动、深刻地反映事物的本质和主流。

中学物理教学的实质是利用抽象简化后的物理模型研究物理规律的教学,通过分析模型的内涵,借以研究物理过程发生发展的规律。

如何拓宽模型教学范畴,利用模型搞好物理教学,尤其是做好综合复习,对提高学生综合应用知识的能力,引导学生不断提出问题,而后解决问题,对提高学生综合分析能力尤其重要。

模型法是解决物理问题的重要而又基本的方法,是学生分析问题和解决问题能力的最高层次之一,因此我们在教学中要重视理想模型的教学,引导学生正确运用模型法解决物理问题,从而加深对物理概念及物理规律的理解,提高处理物理问题的能力。

一、物理模型在教学中的运用(一)建立模型概念,理解概念实质概念是客观事物的本质在人脑中的反映,客观事物的本质属性是抽象的、理性的。

要想使客观事物在人脑中有深刻的反映,必须将它与人脑中已有的事物联系起来,使之形象化、具体化。

物理模型大都是以理想化模型为对象建立起来的。

建立概念模型实际上是撇开与当前考察无关的因素以及对当前考察影响很小的次要因素,抓住主要因素,认清事物的本质,利用理想化的概念模型解决实际问题。

如质点、刚体、理想气体、点电荷等等。

学生在理解这些概念时,很难把握其实质,而建立概念模型则是一种有效的思维方式。

(二)认清条件模型,突出主要矛盾条件模型就是将已知的物理条件模型化,舍去条件中的次要因素,抓住条件中的主要因素,为问题的讨论和求解起到搭桥铺路、化难为易的作用。

例如,我们在研究两个物体碰撞时,因作用时间很短,忽略了摩擦等阻力,认为系统的总动量保持不变。

条件模型的建立,能使我们研究的问题得到很大的简化。

(三)构造过程模型,建立物理图景过程模型就是将物理过程模型化,将一些复杂的物理过程经过分解、简化、抽象为简单的、易于理解的物理过程。

浅议《物理》教学中的理想化方法

浅议《物理》教学中的理想化方法

浅议《物理》教学中的理想化方法摘要:科学研究和物理教学中,在揭示实际的物理现象和处理复杂的物理问题的方法上,往往要把复杂、实际的问题,在一定的条件下加以简化或理想化,把一些错综复杂的物质运动和现象简化或理想化为较简单的物理问题进行研究,从而得出能够反映所研究问题本质的初步结论;又在这个基础上,联系实际,对结论加以处修正、补充、,这就是科学研究和物理中经常使用的“理想化方法”。

理想化方法的实质就是把实际问题转化为理想的间单问题来研究和处理。

理想化方法是研究物理问题的重要方法,所以有必要使学生认识、掌握这种方法,培养学生从对具体事的分析入手,分清主要因素和次要因素,抓住主要矛盾,对事物进行科学抽象的能力。

这种方法有助于发展学生的科学想象能力。

关键词方法模型实验科学的理想化方法不同于毫无事实根据的幻想,有它的客观性。

物质运动、变化过程,往往要受到自身和周围环境中各种因素的影响和制约,但是,并不是所有的因素、条件都对物质的运动、变化起同样重要的作用,而是只有一种或几种起主要作用,其余的或者不起作用,或者作用很小,这就要求我们对所研究的问题,抓住起主要作用的因素加以研究,而完全忽略其它次要因素和次要条件。

理想化方法就是在这样的基础上产生、建立起来的。

在物理教学中,学生要接触到的理想化方法有丙种:一种是理想化模型,另一种是理想化实验。

1.理想化模型所谓理想化模型,就是为了便于研究实际的物理问题,保留对所研究问题起决定影响的主要因素而建立起来的科学模型。

“是为了便于研究问题而建立起来的一种高度抽象的理想对象”。

(《自然辩证法原理》354页)这种模型,可以清晰的反映被研究问题的本质特性,突出主要矛盾。

便于我们分析和发现规律。

力学中的“质点”,是只有一定质量而没有一定大小的点。

质点实际上是不存在的,它是一种被人为理想化了的物理模型。

这种模型的建立,简化了我们所研究的物理问题。

如:研究地球的公转时,如果不把地环视为质点,则地球运转的轨道就无法确定。

浅谈理想模型在中学物理教学中的作用

浅谈理想模型在中学物理教学中的作用

本文链接:/Periodical_sj-kjzh201005231.aspx
【关键词】:物理模型;理想模型;理想模型分类;理想模型意义 中图分类号:G4 文献标识码:A 文章编号:1003-8809(2010)05-0236-01
引言
物理学是研究物质最普通、最基本的运动形式的基本规律 的一门学科。自然界中,几乎任何一个具体问题都会牵涉到诸多 因素,实际研究会很复杂,这就需要构建物理模型的方法去解 决,所谓物理模型是指人们在观察、实验和分析的基础上,对客 观事物的一种近似而又突出本质的描写[1],物理模型的建立,使 得问题的解决变得容易。由于模型的特殊性,在中学物理中引入 模型教学对于学生综合素质的提高具有重要意义。
3.李高海 物理学理想模型探析[期刊论文]-南华大学学报(自然科学版) 2002(01)
本文读者也读过(10条) 1. 陈芳允.杜益明.CHEN Fang-Yu.DU Yi-ming 中学物理建模方法及对学生建模能力培养[期刊论文]-井冈山师范学院学报(自然科学) 2005,26(3) 2. 熊墨芳 如何学好初中物理[期刊论文]-江西教育2009(3) 3. 秦延欣 初中物理的有效学习方法[期刊论文]-中国科技博览2009(5) 4. 付春方 初中物理基本学习方法综述[期刊论文]-考试周刊2009(35) 5. 郑高明 新课程下初中物理探究性学习方法初探[期刊论文]-读与写(教育教学刊)2009,6(2) 6. 张芳.续佩君.Zhang fang.Xu Peijun 中学物理教学中学生能力的量化研究(三)--从物理归纳能力的测量谈等价排除法的使用[期刊论 文]-首都师范大学学报(自然科学版)2000,21(4) 7. 刘佩 初中物理学法指导初探[期刊论文]-雁北师范学院学报2001,17(6) 8. 续佩君.Xu Peijun 中学物理教学中学生能力的量化研究(二)--中学生的物理能力教育目标[期刊论文]-首都师范大学学报(自然科学 版)2000,21(3) 9. 李军委 高一物理学习的经验和方法[期刊论文]-高中数理化(高一)2008(7) 10. 谭航宇.TAN Hang-yu 浅谈高一学生学习物理的问题及方法[期刊论文]-商情·科学教育家2007(10)

理想化物理模型在中学物理教学中的实践探究_王正武

理想化物理模型在中学物理教学中的实践探究_王正武

中教研究2011.1~2所谓理想化物理模型,就是为了研究物理问题而建立的一种高度抽象的理想客体。

中学物理教学应该有计划地引导学生建立理想化的物理模型,帮助学生学习和研究物理问题。

一、建立理想化模型的重要性自然界发生的一切物理现象和物理过程,一般都是比较复杂的,影响它们的因素也是多种多样的。

如果不分主次地考虑一切因素,不仅会增加认识的难度,而且也不能得出精确的结果,相反还会导致对最简单的物理图像的分析也无从下手。

因此,为了研究物理现象的规律性,就需要把复杂问题转化为理想模型,将物理研究的对象经过科学抽象转化为理想化的研究对象。

如:力学中的质点、光滑面、弹簧振子等;热学中的理想气体等;电磁学中的点电荷、试验电荷、匀强电场、匀强磁场、纯电阻、理想变压器等;光学中的点光源、光线等,将物体运动与状态的过程理想化。

如:匀速运动、匀变速直线运动、抛体运动、简谐振动、弹性碰撞、理想气体的变化过程等。

“以物讲理,见物思理”,是唐一鸣教授从教四十多年来,致力于中学物理教学方法改革的研究所形成的教学特色。

其中的“物”就是中学物理研究的主要对象———理想化的物理世界。

二、理想化物理模型的特点与作用1.理想化模型的特点(1)理想化模型是经过科学抽象而建立起来的一种绝对理想形态,具有科学的推测性。

它本身是一种科学概念,但不同于一般的抽象概念,它是形象思维的结晶,是建立在抽象的科学思维中的一种简化了的图示、图像、符号。

利用理想模型与原型之间在结构、功能、性质方面的相似性,可以它代表原型,通过一定的理论、原理和规律来表征原型的各种变量的变化规律。

(2)理想模型是对客观事物及其变化过程的一种近似反映,它突出地反映了客观事物的某一主要矛盾和主要特征,反映了某一过程的主要因素和主要运动方式,而忽略了其它次要方面。

如实际运动物体有一定大小和形状,并且有其内部结构,在运动形式上还可能有转动,但作为代替物体的理想模型———质点,却忽略了这些次要因素,而保留了在运动过程中起决定作用的物体的两个主要特征:质量和占有一定的空间位置。

浅谈中学物理理想模型的构建

浅谈中学物理理想模型的构建

构建模型是科学研究的基本方法之一,模型在物理学中也得到了广泛的应用,物理模型是物理学理论体系的基石,物理模型的构建当然地也是物理学研究的主要方法之一,构建物理模型,可以采用多种方式方法,本文只对物理模型的构建中的理想化方法构建,提出一些粗浅的看法。

理想化方法是构建物理模型最主要的一种方法,他是将复杂的物理过程、物理现象中最本质具有共性的东西抽象出来,将其理想化、模型化,略去其次要因素和条件,抓住主要因素,即将其理想化,找出他们在理想状况下所遵循的基本规律,并构建出相应的物理模型。

这是研究物理问题的重要思想方法。

1、构建理想的物理模型是科学理论的依据纵观物理学发展史,许多重大的发现与结论,都是由科学家们经过大胆的猜想构思,创建出科学的理想化的物理模型,并通过实验检验或实践验证,模型与事实基础很好吻合的前提下获得的。

伽利略让小球从弯曲的斜槽上自由下落,当斜槽充分光滑时,小球可沿另端斜槽上升到初始高度,如果另端斜槽末端越接近水平,小球为达到初始高度,将运动很远。

如果末端完全水平,小球将一直运动下去,永不停止。

正因为伽里略构建了光滑这一理想化的模型,才有惯性定律的重大发现。

法拉第在1852年,对带电体、磁体周围空间存在的物质,设想出电场线、磁感线一类力线的模型,并用铁粉显示了磁棒周围的磁力线分布形状,从而建立了场的概念,对当前的传统观念是一个重大的突破。

1905年爱因斯坦受普朗克量子假设的启发,大胆地建立了光子模型,并提出著名的爱因斯坦光电效应方程,圆满地解释了光电效应现象。

卢瑟福以特有的洞察力和直觉,抓住粒子轰击金箔有大角度偏转这一反常现象,从原子内存在强电场的思想出发,于1911年构思出原子的核式结构模型。

倘若离开了物理模型,不仅物理研究无法进行,而且对物理学科的纵深发展必然会起阻碍束缚的作用。

2、在中学物理中应用的理想化模型构建归纳起来有以下几种一是将物质形态自身理想化,如质点、系统、理想气体、点电荷、匀强电场、匀强磁场等。

浅谈物理学中的理想化模型

浅谈物理学中的理想化模型
3.可以更好地探究系统的基本机制:通过简化的模型,我们可以更好地探究系统的基本机制
然而,理想化模型也有一些缺点,例如:
1.不能完全反映现实世界的复杂性:由于简化了模型,因此不能完全反映现实世界的复杂性。
2.可能导致模型的局限性:由于简化了模型,因此可能导致模型的局限性,无法适用于所有情况。
3.可能会导致结论的偏差:由于简化了模型,因此可能会导致结论的偏差。
理想化模型是物理学中常用的一种方法,它指的是将现实世界中的某些复杂系统进行简化处理,以便于进行研究和分析。通常来说型,因此可以更好地探究系统的基本机理。
理想化模型的优点有:
1.可以提供简洁的理解方式:通过简化的模型,我们可以更好地理解系统的基本机制。
2.可以节省计算的时间和精力:由于简化了模型,因此可以减少计算的时间和精力。
总之,理想化模型是物理学中常用的一种方法,它可以提供简洁的理解方式,节省计算的时间和精力,更好地探究系统的基本机制。但是,也需要注意它的局限性和可能导致的偏差。

物理教学中的理想化方法

物理教学中的理想化方法

种 类
模拟式 物理模型
理想化物理模型
理想化实体
理想化系统
理想化过程
主 要


模拟概念、规律或 客观实体,使看不 见摸不到的客观事 物具体化、形象化; 或者用实物模型、图 表、原理图使现象、 原理、实验直观化、 系统化、规范化。
建立在客观实体的基础上,根据所研 究问题的性质和需要,把自然界中客观 存在的实际物体或者有相互联系的物体 系统加以理想化。
①忽略特定条件下的外界影响

所谓外界影响是指相对于研究对象这一系统 之外的影响,特定条件是指要研究的是什么问 题。根据要研究的问题,来确定哪些外界影响 可以忽略,哪些不可以忽略。一般地说,忽略 那些微弱的以及由研究问题所决定可以忽略的 外界影响。对研究系统影响的外界因素如:风 力、能量交换、光照、湿度变化、噪声、电磁 波等等。我们下面通过一个例子来说明可忽略 哪些外界影响。
②理想化物理模型(以下简称理想 模型)及其客观基础


所谓理想模型,是指在原型(物理实体、物理系统、物 理过程)的基础上,经过科学抽象而建立起来的一种研 究客体。它忽略了原型中的次要因素,集中突出了原型 中起主导作用的因素,摒弃了次要矛盾,突出了主要矛 盾。所以理想模型是原型的简化和纯化,是原型的近似 反映。 理想模型虽然是从原型中抽象出来的,但并非物理学家 的主观臆想,而是有它存在的客观基础。首先,理想模 型以客观存在为原型,虽然没有反映出客观事物的多样 性,却反映了研究对象的主要属性。其次,原型是理想 模型的基础,理想模型是原型的高度抽象。原型及其运 动规律的客观性,决定了理想模型内容的客观性。再次, 理想模型正确与否要由实践检验,在检验过程中被扬弃, 或修正、发展。

落体运动是一种常见的运动。物体在下落过程 中,除了受重力作用外,还受到与物体的大小、 空气的密度、湿度等多种因素有关的空气阻力 的影响,这些影响往往又是极其复杂、难以事 先计算和精确测量的。因此,严格说来,这样 一个看来简单的实际运动,也是无法完全准确 地进行预测的,不用说更复杂的物理过程了。 为了研究自然现象的规律,并把它建立在完全 定量的精确基础上,人们从大量实际落体中找 出这种运动的共同本质和主要矛盾──它们都 是由于受重力作用而发生的。突出这个共同本 质,而排除其它所有因素,就诞生一种理想过 程──自由落体运动,即质点在唯一的重力作 用下产生的竖直方向上的匀加速直线运动。

理想化模型在大学物理教学中的应用探究

理想化模型在大学物理教学中的应用探究

理想化模型在大学物理教学中的应用探究1. 引言1.1 研究背景随着社会的不断发展,科技的进步,人们对大学物理教学的要求也越来越高。

传统的物理教学模式往往以理论知识为主,实践操作相对较少,学生缺乏对物理现象的直观理解。

如何提高大学物理教学的质量和效果成为当前物理教育领域的一个重要问题。

本研究旨在探究理想化模型在大学物理教学中的应用情况,分析其对学生学习的影响及存在的局限性,并提出相关的改进策略,旨在提高理想化模型在大学物理教学中的应用水平,为提升大学物理教学质量和效果提供理论支持和实践指导。

1.2 研究目的研究目的是探究理想化模型在大学物理教学中的应用情况,分析其优势和局限性,并提出提高其应用水平的方法和建议。

通过研究,旨在深入了解理想化模型在物理教学中的实际运用情况,探讨其对学生学习的影响,为教学实践提供理论支持和指导。

通过对理想化模型的研究和探讨,可以帮助教师更好地运用这一教学工具,提高教学效果,激发学生的学习兴趣和动力。

通过本研究,希望能够对理想化模型在大学物理教学中的应用进行全面而深入的探究,为进一步提升大学物理教学质量和效果提供理论和实践的指导,推动教育教学改革和发展。

1.3 意义和价值理想化模型在大学物理教学中的应用具有重要的意义和价值。

理想化模型可以帮助学生更好地理解抽象的物理现象,将复杂的物理问题简化为易于理解和解决的模型。

通过理想化模型的应用,学生可以建立起对物理规律的直观认识,提高学习效率和深度。

理想化模型在大学物理教学中的应用可以激发学生的学习兴趣和求知欲。

通过具体的例子和应用实践,学生可以更加直观地感受到物理学的魅力和应用前景,激发他们对科学研究和探索的热情。

理想化模型的应用还可以培养学生的实际动手能力和解决问题的能力。

通过实际操作和探究理想化模型的应用,学生可以提高自己的实验技能和分析思维能力,为将来从事科学研究和工程实践打下良好的基础。

研究和探讨理想化模型在大学物理教学中的应用具有重要的意义和价值,可以为提高教学质量、推动学生综合素质的提升和培养科学人才作出积极的贡献。

浅析物理学中的理想化模型

浅析物理学中的理想化模型

浅析物理学中的理想化模型
物理学是一门致力于研究空间和物体在其中互相作用的科学,因此理想化模型在物理学中起着至关重要的作用。

理想化模型是物理学研究中建立在物理原理和原子结构基础上,根据实际材料及某种特定几何形状运用简单化计算对一般假设条件下材料行为模拟的数量模型。

它能够帮助研究人员更好地理解复杂的现象或物质的存在。

理想化模型主要有如下几个方面的作用:
1、表征:可以用理想化模型来表示和捕捉某种实际物质的相关特征,从而协助开展有关物质参数的测量。

2、模拟:理想化模型可以以科学准确的方式模拟物质的行为,以此来了解微观结构与性质之间的关联性。

3、分析:利用理想化模型可以解决一些复杂的计算问题,为研究人员提供一种有效的手段分析物理现象。

4、应用:理想化模型可以用于光信号处理和智能物联网应用等方面的开发,用以提升实际物质的性能。

事实上,理想化模型具有它本身的特殊性:应用表达式简单,便于理解和计算;基于大量简化假设,可以相当快速地提出模型;忽略了物
理概念中的某些它们自身更复杂的部分,例如,它们不考虑重力、电磁学、热学以及时空不完整等方面。

从物理学的角度来看,理想化模型可以将复杂的问题化简为容易理解的样式,从而帮助研究人员更深入地了解物理和原子结构及它们的内在联系。

但是,它也有一定的局限性,要准确描述一种物质的性质则需要考虑其它更加复杂的物理概念,否则数值可能会随着条件的变化而有较大的偏差。

总而言之,理想化模型在物理学中扮演着重要角色,它们是理解物质行为和提升应用性能的有效手段。

当然,模型也有自己的局限性,要实现准确的预测,还需要考虑更多的其它物理现象。

理想化模型在大学物理教学中的应用探究

理想化模型在大学物理教学中的应用探究

理想化模型在大学物理教学中的应用探究【摘要】本文旨在探讨理想化模型在大学物理教学中的应用。

首先介绍了理想化模型的概念,然后通过案例分析展示了其在物理教学中的具体应用。

文章提出了理想化模型在实验教学和理论教学中的重要性,并讨论了其优势和局限性。

进一步探讨了理想化模型在大学物理教学中的价值,以及未来研究方向。

通过总结,强调了理想化模型对于学生理解物理现象和推动科学研究的重要性,为提高大学物理教学质量提供了新的思路和方法。

【关键词】关键词:理想化模型、大学物理教学、应用案例分析、优势与局限性、实验教学、理论教学、教学价值、未来研究方向。

1. 引言1.1 研究背景在大学物理教学中,理想化模型是一种重要的教学工具,通过简化现实物理问题,使学生更容易理解和应用基本物理原理。

随着现代科技的发展,理想化模型在大学物理教学中的应用越来越广泛。

在一些实际教学中,教师和学生对理想化模型的理解和运用还存在不足之处。

对理想化模型在大学物理教学中的应用进行深入研究,探索其优势和局限性,对于提高教学效果和学生的物理学习能力具有重要意义。

1.2 研究目的本文旨在探究理想化模型在大学物理教学中的应用情况及效果,为提高大学物理教学质量和教学效果提供理论支持和实践指导。

具体目的包括:1. 分析理想化模型在大学物理教学中的具体应用案例,探讨不同情境下的教学效果和优势;2. 探讨理想化模型的实验教学和理论教学应用方式,比较其优势和局限性;3. 探讨理想化模型在大学物理教学中的价值和意义,为教学改进和教学方法创新提供参考;4. 展望未来研究方向,提出深入探讨的问题和可能的研究方向;5. 总结理想化模型在大学物理教学中的应用现状,为实际教学提供指导和建议。

1.3 研究意义在大学物理教学中,理想化模型的应用具有重要的意义。

理想化模型是物理学习的基础,通过理想化模型的学习,学生可以更好地理解物理规律和现象。

理想化模型在解决实际问题中具有广泛的应用价值,可以帮助学生更好地应对实际挑战。

高中物理常见的理想化模型

高中物理常见的理想化模型

一理想化的定义理想化方法是一种科学抽象,是研究物理学的重要方法,它根据所研究问题(一般都是十分复杂,涉及诸多因素)的需要和具体情况,确定研究对象的主要因素和次要因素,保留主要因素,忽略次要因素,排除无关干扰,从而简明扼要地揭示事物的本质。

二理想化模型的优点建立这种理想模型的目的是为了暂时忽略与当前考察不相关的因素,以及某些影响很小的次要因素,突出主要因素,借以化繁为简,以利于问题的分析、讨论,从而较方便地找出当前所研究的最基本的规律,这是一种重要的科学方法,也是物理学中常用和科学分析方法。

三理想化模型的分类理想化方法包括理想实验方法和理想模型方法。

(1)理想实验方法理想实验又叫假想实验或思想上的实验,它是人们在思想中塑造的一种理想实验,是逻辑推理的一种特殊形式,在实际中并不能进行。

伽利略用著名的理想斜面实验发现了力与运动的关系,指出运动不需要力来维持;研究电场强度时,设想在电场中放置不会引起电场改变的电荷,考查场中各点F/q的值,引入电场强度的概念。

显然上述实验是人们在思维中进行的理想过程,与实际实验相比,理想实验能更大程度地突出实验中的主要因素,得出更本质的结论。

理想实验是在大量实验与观察基础上的理想归纳,是建立在以事实为根据上的科学抽象。

(2)理想模型理想模型可分为对象模型、条件模型和过程模型。

(1)对象模型:用来代替研究对象实体的理想化模型,如质点、弹簧振子、单摆、理想气体、点电荷、理想变压器、点光源、光线、薄透镜以及关于原子结构的卢瑟福模型、玻尔模型等都属于对象模型。

是对实物的一种理想简化。

(2)条件模型:把研究对象所处的外部条件理想化建立的模型叫做条件模型。

如光滑表面、轻杆、轻绳、均匀介质、匀强电场和匀强磁场都属于条件模型。

是对相关环境的一种理想简化。

(3)过程模型:实际的物理过程都是诸多因素作用的结果,忽略次要因素的作用,只考虑主要因素引起的变化过程叫做过程模型。

是对干扰因素的一种简化。

理想化模型

理想化模型

理想化模型在高中物理教学中的应用摘要:构建理想化模型是处理物理问题常用的方法。

在处理实际问题过程中,如何构建模型最接近于实际效果,是处理问题的关键.通过习题分析,了解构建模型的具体思路和方法,能起到事半功倍的作用。

关键词:物理模型理想化模型模型方法纵观物理学发展的历史,建立理想化模型,是简化物理学研究的重要手段。

随着物理学的发展,物理模型越来越受到人们的重视,它促进了物理规律、理论的发展,推动了物理学向新的领域扩展。

一、什么是理想化模型它是根据所研究的物理问题的需要,从客观存在的事物中抽象出来的一种简单、近似、直观的模型。

具体地说,是对事物的各个物理因素加以分析、忽略与问题无关或影响较小的因素,突出对问题起作用较大的主要因素,从而把问题简化,这一理想的抽象模型,就是理想化模型。

二、理想化模型的特征理想化模型主要具有4个特征:近似性、抽象性、局限性和相对性。

模型的近似性主要表现在任一理想化模型都是以一定的客观实体为基础,它反映了事物的主要性质。

另一方面模型与实体不同,它在实际生活中不存在,这又表现了它的抽象性。

任何理想化模型都是在一定的条件下建立起来的,离开了这一条件这一模型就不能使用.这就是理想化模型的局限性。

某个事物在不同的情况下,如同一物体在这个问题中可视为质点.而在另一间题中则不能作质点处理,这就是理想化模型的相对性。

三、建立理想化模型的原则建立理想化模型的一般原则是首先突出问题的主要因素,忽略问题的次要因素。

物理学是一门自然学科,它所研究的对象、问题往往比较复杂,受诸多因素的影响有的是主要因素,有的是次要因素。

为了使物理问题简单化,也为了便于研究分析,我们往往把研究的对象、问题简化,忽略次要的因素,抓住主要的因素,建立理想化的模型。

例如我们研究列车从西宁开往北京的运行时间这类问题时,由于列车的长度比西宁到北京的距离小得多,这时我们可以不考虑列车的长度,把列车可看做质点。

即质点的实际物体的一种抽象,是理想化的物理模型。

物理理想化模型

物理理想化模型

物理理想化模型
物理理想化模型是一种抽象的物理概念,用来估算物理系统的行为以及结果。

物理理想化模型有时也被称为抽象物理模型。

这种抽象模型假设物理系统有可测量的属性、可处理数学表达式以及可以进行统计计算的物理参数。

物理理想化模型被广泛应用于基础教育领域,特别是物理课程的教学中。

物理
理想化模型可以帮助学生认识和理解物理概念,并将这些概念运用到实际问题解决中。

比如,可以通过简单的物理理想化模型帮助学生掌握功率的定义,计算和推断电子设备的功率消耗。

另外,学生也可以使用物理理想化模型来模拟物理过程,观察系统中物理参数变化情况,判断其产生的结果是否与预期结果一致,从而加深对物理概念的理解。

物理理想化模型具有较强的复杂性和可灵活性,因此在教育领域中非常重要。

物理理想化模型可以帮助教师更好地认识学生对物理概念和过程的理解情况,以及学生更加全面地理解物理概念。

此外,物理理想化模型为学生提供了一个可以实验、定性和定量分析物理现象的实践平台,使他们能够更好地理解物理。

而且,物理理想化模型从根本上规范了学生的学习方法,提升了学习效率,有助于学生更好地掌握物理概念。

物理理想化模型为基础教育领域带来了诸多好处,它不仅可以帮助学生更加深
入理解物理现象,而且能够提高教学效率,增强学生的动手能力。

综上所述,物理理想化模型无疑是提升基础教育水平的重要手段之一。

  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。

浅谈物理教学中的理想化模型作者:赵颖姝来源:《中学物理·初中》2017年第08期摘要:物理模型,是一种理想化的物理形态.科学家进行理论研究时,通常都要从构造模型入手,利用抽象、理想化、简化、类比等手法,把研究对象的本质特征抽象出来,构成一个概念、实物或运动过程的体系,即形成模型.由于物理学所分析和研究的实际问题较复杂,所以,无论是做物理研究还是理论学习,理想模型都是必不可少的.关键词:理想模型;抽象思维;模型作用纵观物理学发展的历史,建立理想化模型,是简化物理学研究的重要手段.随着物理学的发展,物理模型越来越受到人们的重视,它促进了物理规律、理论的发展,推动了物理学向新的领域扩展.1理想模型为了便于着手分析与研究,物理学中常常采用“简化”的方法,对实际问题进行科学抽象的处理,抓住主要因素,忽略次要因素,得出一种能反映原物本质特性的理想物质(过程)或假想结构,这种理想物质(过程)或假想结构称之为物理理想模型.理想模型是一种理想化的研究对象,如力学中的质点、光滑面、斜面实验、弹簧振子、连续介质、理想流体,热学中的理想气体、孤立系统,电磁学中的点电荷、试探电荷、匀强电场、纯电阻、纯电感、纯电容、无限长螺线管、理想变压器,光学中的光源、光线与光的直线传播、薄透镜,近代物理中的黑体等.2构建理想模型的基本原则2.1提出问题的主要因素,忽略问题的次要因素物理学所研究的对象往往是比较复杂的,受许多因素影响,有的是主要因素,有的是次要因素.为了使物理问题简单化,以便于直观分析,我们往往对所研究的客体进行简化.忽略次要因素,抓住所研究问题的主要因素,建立理想模型.例如对于实际气体的研究,我们把气体分子看作弹性小球,分子之间的碰撞就是弹性碰撞,并且碰撞的持续时间小到可以忽略不计,除碰撞瞬间外,气体分子间相互作用力可以忽略.这样,这样就把实际气体抽象为理想气体.即理想气体是真实气体在压强不太大(与标准大气压相比),温度不太低(与常温相比)的条件下的近似.2.2构建的理想模型要尽可能简洁早在十七世纪,意大利物理学家伽利略在大量的实验基础上忽略了空气阻力等一些次要因素,建立了自由落体的理想模型,从而得出自由落体的运动公式h=1/2gt2,这体现了物理学研究的简洁美.2.3选择理想模型要根据研究问题的需要而定一个物体或物理过程被抽象为何种理想模型不是一成不变的,而是要根据所研究的问题的需要而定.例如,研究地球绕太阳运转时,由于地球直径跟它绕太阳运转的轨道直径相比小得很多,地球各部分运动状态没有多大差别,因此可把地球看作质点;研究地球自转时,地球各部分运动状态有很大差别.此时地球不能看作质点.例如,当研究火车的运动从上海到广州需要多长时间时,可以忽略其长度将其看作质点,而当研究它在运行过程中经过一个电线杆、某个山洞或某座桥需要多长时间时,就不能将其看成质点.人们在研究光的本性时,光的电磁假说不能解释“光电效应”现象.这时爱因斯坦在普朗克量子论的基础上,又提出了光子假说.他认为光是由一份一份具有一定质量、能量和动量的粒子所组成的粒子流.这种粒子称为光子.爱因斯坦提出了光子理想化模型.能很好地解释了光电效应现象,从而使量子理论向前推进了一大步.因此,解决物理问题时,应根据具体问题选择理想模型.3构建理想化模型应注意的问题第一,构建理想模型是否会破坏所研究的对象;第二,分离出来的主要因素与作为整体一部分的因素是否有较大差别;第三,抽象后的模型能否进一步的反映实际的物理现象及规律.因此构建理想模型必须要有正确的方法和完整的操作过程.科学抽象在建立物理学中的理想模型时起着至关重要的作用.科学抽象一般分为表征性和原理性两类:表征性抽象,它所包括的是事物的表面特征,比如物体形状和大小,颜色、重量、波长等;原理性抽象,概括的是事物的内在因果关系和规律性联系.例如,库仑定律和万有引力定律,光的反射、折射定律等,这些规律都是基于科学原理构建了一些理想化模型,如点电荷和质点,才得出的,它们是科学抽象的结果.构建理想模型的一般方法是:(1)分析影响实际问题的因素;(2)比较各因素在研究问题中的作用;(3)忽略影响问题的次要因素.4理想化模型分类及其特征4.1理想化模型分类4.1.1事物本身的理想化即把所研究的事物本身作为理想化的客体.如质点、点电荷、点光源、光滑平面等等,这些理想化模型就是实际物体在某种条件下的近似和抽象.4.1.2物理过程的理想化自然界中各种事物的运动变化过程都是极其复杂的.根据所研究问题的性质和需要,忽略过程的次要因素,只保留过程的主要因素,把物理过程理想化,就得到了理想过程.如匀速直线运动、抛体运动、简谐运动,理想气体状态变化等等,都是理想化过程.4.2理想化模型的特征4.2.1抽象性理想化模型是经过科学家抽象而建立起来的一种理想状态,具有科学的抽象性.它本身是一种科学概念,但不同于一般的抽象概念,是形象思维的结晶,是建立在抽象思维中的一种简化了的图象、图式、符号.由于所建立的理想模型与原型之间在结构、功能、性质等方面具有一定的相似性,可通过一定的理论、原理和规律,以其代表原型,来表征各种变量的变化规律.4.2.2近似性理想模型突出反映了客观事物及其变化过程的某个主要矛盾、特征或主要运动形式,突出了主要因素,而忽略了其它次要因素.例如具有一定的大小、形状和内部结构的实际运动的物体,在运动形式上还有可能有转动.但我们常见的理想模型——质点,用来代替物体的运动,却忽略了上述的次要因素,而保留在运动过程中起主要作用的因素:物体的质量和它所占有的空间位置.并忽略空气阻力和浮力作用,同时不考虑物体的翻转等诸多因素的条件下成立的.而实际的落体运动不仅要考虑这些而且物体受到的阻力不仅与物体的形状和大小有关,还与下落的速率有关等等.4.2.3局限性任何理想化模型都是在一定条件下建立起来的,离开了这一条件这一模型就不能使用,这就是理想化模型的局限性.因此,自由落体运动,首先把物体看成质点.4.2.4相对性某个事物在不同的情况下,如同一物体在这个问题中可视为质点,而在另一问题中不能看作质点处理,这就是理想化模型的相对性.如前面提到的地球的公转和自转的问题,研究火车的运动问题等等.5理想化模型的作用5.1在研究结果不发生较大偏差的基础上,使问题的处理简单化例如,上面提到的地球绕太阳运转的问题:地球在绕太阳公转的同时,地球又绕其地轴不停的自转;而对于地球这个具有一定大小的球体,显然它上面各点具有相对于太阳不同的运动情况.但是在研究地球绕太阳公转时,考虑到日心到地心的平均距离约为145 900 000km,地球的半径约为日、地距离的1/23 439,而对比之下,地球的半径就微乎其微了.因此我们就可以忽略地球上各点相对于太阳在运动上差别.所以,我们研究地球绕太阳公转问题时,就可以把地球看作没有形状和大小的理想模型——质点.通过建立理想模型,大大简化了地球相对太阳运转的问题,而我们所了解的质点和点电荷,其实都是对真实物体或带电体的一种简化和抽象,诸如万有引力定律、牛顿运动定律、库仑定律、洛伦兹力公式等基本规律以及质点力学等基本理论都是在它们的基础上建立起来的.也正因为这两个理想模型的建立,才使一些较复杂,困难的问题得以解决.5.2理想模型能够突出物体原型的本质特征,便于进行逻辑思维和发挥想象力充分发挥想象力和综合运用多种逻辑方法是建立理想模型或一般物理模型的必要条件.理想模型可以帮助我们把握事物的本质和主要因素,从而忽略那些次要因素和细节.理想模型建立与利用,使我们在以现实条件为基础的同时又能超越我们现有的条件,充分发挥我们的想象力和逻辑推理能力,为今后的科学研究指明方向.以理想气体的微观模型为例,认为气体分子的大小与气体分子之间的距离相比可以忽略不计是建立该模型的基本条件;气体分子在运动过程中遵循牛顿运动定律,气体分子与分子之间、气体分子与器壁之间的相互作用都可看作弹性碰撞,即在不改变气体分子的内部能量的前提下交换能量和动量;我们把气体分子的重力,以及除碰壁瞬间外分子之间的相互作用都忽略不计.我们就把这种可由无数自由地、无规律地运动着的弹性球分子结合起来的气体分子,叫做理想气体分子的模型.在研究问题时,忽略分子内部各种形式的能量转换,这也就是理想气体分子模型的实质.在理想模型的基础上,建立了分子动理论,把物理学引入了分子世界,确实令人惊奇.5.3利用物理模型的某些相似性,用类比的方法研究问题例如,在天体运动模型中,基本原理为万有引力提供向心力、速度、加速度、动能和周期等都随着轨道半径变化而变化,而我们在研究原子发光理论时,核外电子所受的库仑力提供向心力,核外电子从外界吸收能量后向高能级跃迁时,我们会把天体的运动规律自觉地迁移过来,形成类比的方法来进行研究,从而使问题简化.5.4从理想模型与实际原型的差异中可得到新的启示,产生科学预见一切理想模型的建立都有一定前提条件的,这也就决定了它的局限性.当理想模型与实际结果出现矛盾时,我们必须认真地分析模型与实际情况.而往往可以从中得到启示,从而产生了新的科学预见.如在固体物理学中,由于世界上不存在没有任何缺陷的完整晶体,而为了便于研究,建立了理想晶体这一模型.但通过微观理论强度计算所得的结果是实际金属材料强度的一千倍.于是人们就从中得到启示,预言金属材料的强度减弱的原因是实际材料中存在着许多缺陷,这就引发了人们对点缺陷、线缺陷、面缺陷与体缺陷的研究,并在实践中证实了这个预言.6理想化模型方法的意义6.1推动物理学发展伽利略理想斜面实验为牛顿第一定律的建立,提供了有利的科学依据,伽利略对自由落体的研究开辟了科学的物理研究方法,光线的引人为几何光学的研究开辟了先河.能量子的提出为量子论的初步奠定了基础,所有这些理想化模型的建立和引入,都大大地推动了物理学的发展,加快了人们对物理规律的探索和研究.加快了人们对自然规律的认识.6.2促进物理教学在大学普通物理与中学物理教学的教学内容和形式上,理想模型都扮演着举足轻重的角色.为了更好地传授知识,引入了理想模型,而这种能够化抽象为具体,化繁为简的物理方法,在教学过程中,起到了事倍功半的效果.与此同时也培养了学生的思维和创新,对学生进行了科学方法论的教育.通过理想化方法的学习,可使学生从中学会如何抓住主要矛盾,忽略次要因素,学会处理实际问题的方法,教育学生学会进行科学抽象的方法.因此,要让学生更加熟练地掌握物理知识,就要抓住每一个可培养学生科学思维能力的理想模型的教学过程,让学生从中得到锻炼,并且学到一些获益终身的思想方法和物理知识.7结束语综上所述,理想模型是从研究问题的简化和从实物中抽象而来的,它反映了原型的主要本质,忽略了次要因素.物理模型的建立是一种重要的物理方法,理想模型在物理学理论研究与物理教学中均具有重要的作用和意义.。

相关文档
最新文档