刊名: 课程·教材·教法
Curriculum, Teaching Material and Method
主办: 人民教育出版社 课程教材研究所
周期: 月刊
出版地:北京
语种: 中文
开本: 大16K
ISSN: 1000-0186
CN: 11-1278/G4
历史沿革:
1981年创刊期刊荣誉:
国家新闻出版总署收录 ASPT来源刊
中国期刊网来源刊
2011年度核心期刊,国家新闻出版总署收录 ASPT来源刊,中国期刊网来源刊,百种重点期刊,社科双百期刊,首届全国优秀社科期刊。
物理模型在高中物理教学中的应用
【作者】 胡玉芳
【机构】 新疆第六师芳草湖总场中学
【摘要】运用“物理模型”解决实际问题是近年来高考考察的一个重要方面,考生如果能够灵活运用“物理模型”解决问题,解决物理问题时将得心应手。【关键词】物理模型;质点;物理模型的应用
自然界是纷繁复杂、千变万化的,人们要研究的实际问题往往很复杂,牵扯有很多的因素,为了研究问题的方便,物理学上经常把一些复杂的物体或物理过程建立成物理模型,根据所研究问题的需要和具体情况,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。才使得我们把许多复杂的现实问题,通过简化处理以能够比较顺利的解决。
用物理模型代替实际的研究对象,然后加以研究,这不仅是物理学重要的研究方法,在自然科学和社会科学中也有广泛的应用。高中物理模型常见的理想化模型有质点、弹簧振子、单摆、理想气体、点电荷、理想变压器、光滑表面、轻杆、轻绳、自由落体运动、匀变速直线运动、抛体运动、匀速圆周运动、简谐振动、弹性碰撞、等温过程、绝热过程、稳恒电流等等……
本文我以物理模型中的质点为例,以我自己在教学中体会,说说个人的观点。
高中的第一个理想化模型――质点,它是运动学和动力学的一个重要概念。因为是第一次遇到理想化模型,学生头脑中是没有这方面的经验的,或者有些经验是模糊的。所以我先给同学们给出质点的概念。
质点是一个物理抽象,也是一个理想化模型。质点就是有质量但不存在体积与形状的点。在物体的大小和形状不起作用,或者所起的作用并不显著而可以忽略不计时,我们近似地把该物体看作是一个具有质量而大小和形状可以忽略不计的理想物体,称为质点。即质点是指用来代替物体的有质量的点。
当我引出质点的概念之后,我给学生解释了两个字的意义,“质”指质量,任何物体都有质量,质量是物体的基本属性,任何情况下都不可忽略,“点”是有极限思想在这里的,就是非常的非常小的已经小到没有大小的点。这样说我不知合适不合适,但学生在判断一个物体能否看成质点时,用起来很好用,我就这样讲了。
然后我举例说明: 当物体的形状对所研究问题没有影响或影响很小可忽略时,就能把物体作为一个“质点”来处理。例如:一辆汽车从A地运动到B地,在研究汽车在这段距离中的速度问题中,车轮的转动对所研究问题没有影响,可以把汽车作为质点处理。又如一辆卡车在公路上行驶了2小时,要算它的路程,这个时候卡车的自身长度对路程的影响非常微小,可以忽略,我们认为他们是无关的,所以可以看做质点。再如:研究地球绕太阳公转时,因地球到太阳的距离远大于地球的直径,可忽略地球的自转,因此也能将地球作为质点。
如果你仅仅是要描述一个物体运动的特点(对外界运动,其自身的状态如何改变都不会影响运动)就可以当作质点.如果有一辆火车要从厦门开往北京的话,那在地图上就可以当做质点(因为就算那个火车是圆的或者是方的对你所要描述的都没有影响)而当你要描述这辆火车完全经过100米时的运动时你就不能把他当成一个质点..因为它有车身的长度,而这个长度会改变它的运动特点(例如要把车尾也算在内)这样他就不能当作是质点了。
之后让学生通过练习达到能准确的判断一个物体能否看成质点。
问:比较汽车和摩托车的速度大小时,汽车和摩托车可以看成质点吗?
学生回答:可以,这种情况下没有必要考虑它们的形状和大小,这时就可以把它们看成是质点;
问:在研究地球的自转时,地球可以看成质点吗?
学生回答:地球的自转时,若能看成质点,就是小到没有大小了,又怎么能谈得上转动呢,所以不能视为质点。
然后我解释:地球的自转中,球内各点的位移、速度和加速度的方向及大小差别悬殊,完全不能忽略,就不能视为质点。
问:正在表演舞蹈的人,可以看成质点吗?
学生回答:不能看成质点,因为我们不愿意看到舞台上都是“点点”在跳来跳去,我们要看他们的体型和动作。一场晚会都是“点点”在动多没意思呀!所以人的形状不能忽略。
问:研究分子的组成时,可以看成质点吗?
学生回答:不能,若能看成质点,就是小到没有大小了,又怎么能谈得上组成呢。
问:研究在水平推力作用下沿水平地面运动的木箱可以看成质点吗?
学生回答:可以,这种情况下木箱上所有点的运动情况都相同,可以把它看作一个质点。
学生的回答,我认为很好,而且其他学生都点头称对,说明“非常的非常小的已经小到没有大小”的观点真的很好使。
之后我引导学生总结:运动物体可视为质点的情况:
(1)运动物体的形状和大小跟它所研究的问题相比可忽略不计。
(2)物体上所有点的运动情况都相同(即做平动的物体),可以把它看作一个质点。
学生还总结出运动物体不可视为质点的情况(下转第52页)
(上接第53页)
(1)如研究人的动作时,人不能看成质点。
(2)若研究物体的转动,组成,形状时,不能看成质点。
然后我强调:
1.质点是一个理想化的模型﹐它是实际物体在一定条件下的科学抽象。
2.质点不一定是很小的物体﹐只要物体的形状和大小在所研究的问题中属于无关因素或次要因素﹐即物体的形状和大小在所研究的问题中影响很小时﹐物体就能被看作质点。它注重的是在研究运动和受力时物体对系统的影响,忽略一些复杂但无关的因素。
3.能否把一个物体作为质点,是要根据具体情况来确定的。质点不是绝对的,同一个物体在不同情况下不一定都能被当做质点。例如一名体操运动员在跑步时可以被看作质点,但体操运动员在做体操运动时则不行。
我还告诉学生我的一个观点:一个东西若它是以外界其他物体为参考系的话,一般就可以判断为一个质点来研究,如果以自身为参考系,就不能看做质点。举个例子,研究地球绕太阳转的运动,可以把地球看做个质点来研究,研究地球自转的运动,就不能把地球看做质点,这个说法可能不严谨,但是我感觉学生在判断高中物理中碰到的问题时还蛮好用。
新一轮课改高中物理要求给予学生活动的空间,思维的空间,细嚼慢咽的教学方式已不再适应课改的要求,只有精讲,让学生主动参与培养能力才是落实课改的重要措施,而且运用“物理模型”解决实际问题也是高考考察的一个重要方面,考生如果能够灵活运用“物理模型”解决问题,解决物理问题时将得心应手。
理想的物理模型,既是物理科学体系中光辉的典范,也是解决现实物理问题不可缺的依据,其重要性不言而喻。学生头脑中有时积累了一些感性材料、生活经验,但有些经验是模糊的、动摇的、甚至是错误的。当教师在教学中进行生动讲解,突出主要部分,使模糊的得以鲜明,对错误的加以改正,就能很好的引导学生建立起正确的概念。加强物理建模和抽象思维能力的训练,不仅能进一步完善知识结构,开阔思路,而且能充分释放创造精神,提高学习能力。为学生在解决实际问题时练就“去伪存真、去粗取精”的能力奠定基础。