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物理模型中高中物理学习的建构方法

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摘要:高中生在物理课程的学习中,合理构建物理模型,往往能够简化物理问题,从而起到事半功倍的效果,对提升自身的学习效率及质量有着积极意义。本文简单介绍在高中物理学习中建构物理模型的重要意义,并就其建构方法展开探讨。

关键词:高中生;物理学习;物理模型;意义;建构方法

一直以来,物理课程都是高中生学习的重点与难点所在,令许多高中生头疼不已。实际上,只要掌握了科学、合理、有效的学习方法,高中物理学习也会变得更加简单、容易而高效。其中,建构物理模型是使用非常广泛的一种学习方法,值得各位高中生在实际学习中多加应用。

1在高中物理学习中建构物理模型的意义

所谓物理模型,实际上就是对物理过程进行描述和展示的模型。根据物理模型的功用,一般可以将其划分为理想模型和等效模型两大类,其中前者是对实际物理情况的简化,从而起到有效解决物理问题的作用[1]。而理想模型又可以根据其性质而分成三类,分别是物质模型、状态模型及过程模拟模型。物质模型很好理解,也就是实体物质,物理学习中经常用到的“质点”,“弹性小球”等实际上都是理想化的物质模型。而状态模型则是对物质状态进行模拟,尤其在流体力学中应用较广,在原子物理相关知识点中也有所应用。过程模拟模型则是高中物理学习中经常需要用到的模型,其主要是针对力学内容而展开建构,如质点的匀速直线运动。其它如理想气体的变化、物体运动过程等,都可以建构性应的过程模拟模型。至于等效模型,则多用于电磁知识方面,建构磁感线等容易理解的基础模型。

2在高中物理学习中建构物理模型的方法

要想在高中物理学习中有效建构物理模型,学生首先需要具备一定的建模思维,也就是要对物理模型有所了解,并能在学习、解题的过程中根据不同的情况来建构出合适的物理模型。因此,高中生有必要针对典型物理模型进行分析和研究,以便在遇到问题时能够及时建构出合适的物理模型。常见的典型物理模型主要是力学相关知识,如质点,弹性小球,平抛运动,匀速圆周运动等,其它的电学等也多少涉及到力学内容,如切割磁感线、带电物体运动等[2]。高中生一定要将力学典型物理模型熟记在心,并在解题时有效应用,大幅提升解题效率。

例题:如图1所示,小木块从光滑斜面的A点由静止开始下滑,在经过B点后进入粗糙平面(假设经过B点后小木块速度大小不变),最终停在C点。由速度传感器测得小木块在运动0.2s后速度大小为1m/s,在运动0.4s后速度大小为2m/s,在运动1.2s后速度大小为1.1m/s,在运动1.4s后速度大小为0.7m/s。如果重力加速度为,那么请问斜面倾角为多少?小木块与粗糙平面的动摩擦因数μ大小?当小木块运动0.6s后其速度大小为多少?

要想解决这个问题,那么学生必须要对典型物理模型有着充分的了解和掌握,才能快速建构出相应的物理模型进行解题。在这个例题中,不仅仅涉及到质点这类物质模型,同时也涉及到物体运动状态的过程模拟模型。通过质点模型对小木块在光滑斜面及粗糙平面的进行受力分析,利用过程模拟模型对小木块的整个运动过程进行模拟,将二者进行有效结合,则能有效解决问题。对小木块进行受力分析,发现其在光滑斜面上时受重力及斜面的支持力,并在二力的共同作用下由静止开始做匀加速运动;当小木块经过B点到达粗糙平面后,其在水平方向上只受平面的摩擦力,做匀减速运动。(1)因此在光滑平面上时,根据题中给出的速度变化情况,可以由公式算出其加速度为5。又由小木块在斜面的受力分析得知,带入数据算得。(2)由于小木块在粗糙平面上做匀减速运动,那么根据公式,代入数据,,t=0.2s。计算得出其加速度大小为2m/s,方向水平向左。再根据小木块在粗糙平面上的受力分析得知,,代入数据算得动摩擦因素。(3)要计算小木块在t=0.6s是的瞬时速度v,首先需要判断其是否经过B点。那么可以假设小木块在时间为时恰好经过B点,且其瞬时速度为VB。那么根据题意有,。将这两个算式联立求解,得,。因此在==0.6s时,小木块已经经过B点且正在做匀减速运动,其速度计算得出为2.3m/s。除了要对典型物理模型有所了解外,高中生还要对不同物理模型进行分析和比较,从而加深建模理解。再加上大量练习相关习题,可以帮助学生强化建模实践,能够更加得心应手地构建物理模型。值得注意的是,高中物理习题大多是对实际问题进行模型化处理而来,本身就已经是实际情况的简化和理想化。学生在实际生活中还要从这种建模惯性思维中跳脱出来,不能将物理模型直接等同于实际情况。

结束语

对高中而言,建构物理模型是学习物理知识的有效方法。特别是在解决物理问题时,建构科学而合理的物理模型,往往能起到事半功倍的效果,简化问题,从而更加简单有效的解决问题。因此高中学生在学习物理知识时,应当具备良好的建模意识,对典型物理模型进行分析和比较,强化对物理模型的理解,并依靠习题来强化建构物理模型的实践。如此一来,高中生学习物理知识会变得更加简单、有效。

参考文献

[1]杨子秀.模型法在高考物理解题中的研究[D].云南师范大学,2017.

[2]戴伟.物理习题解决中物理模型的影响研究[D].南京师范大学,2017.

作者:蔡晟苇 单位:华中师范大学第一附属中学

光学学报责任编辑:张雨    阅读:人次

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