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物理模型中高中物理學習的建構方法

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摘要:高中生在物理課程的學習中,合理構建物理模型,往往能夠簡化物理問題,從而起到事半功倍的效果,對提升自身的學習效率及質量有著積極意義。本文簡單介紹在高中物理學習中建構物理模型的重要意義,并就其建構方法展開探討。

關鍵詞:高中生;物理學習;物理模型;意義;建構方法

一直以來,物理課程都是高中生學習的重點與難點所在,令許多高中生頭疼不已。實際上,只要掌握了科學、合理、有效的學習方法,高中物理學習也會變得更加簡單、容易而高效。其中,建構物理模型是使用非常廣泛的一種學習方法,值得各位高中生在實際學習中多加應用。

1在高中物理學習中建構物理模型的意義

所謂物理模型,實際上就是對物理過程進行描述和展示的模型。根據物理模型的功用,一般可以將其劃分為理想模型和等效模型兩大類,其中前者是對實際物理情況的簡化,從而起到有效解決物理問題的作用[1]。而理想模型又可以根據其性質而分成三類,分別是物質模型、狀態模型及過程模擬模型。物質模型很好理解,也就是實體物質,物理學習中經常用到的“質點”,“彈性小球”等實際上都是理想化的物質模型。而狀態模型則是對物質狀態進行模擬,尤其在流體力學中應用較廣,在原子物理相關知識點中也有所應用。過程模擬模型則是高中物理學習中經常需要用到的模型,其主要是針對力學內容而展開建構,如質點的勻速直線運動。其它如理想氣體的變化、物體運動過程等,都可以建構性應的過程模擬模型。至于等效模型,則多用于電磁知識方面,建構磁感線等容易理解的基礎模型。

2在高中物理學習中建構物理模型的方法

要想在高中物理學習中有效建構物理模型,學生首先需要具備一定的建模思維,也就是要對物理模型有所了解,并能在學習、解題的過程中根據不同的情況來建構出合適的物理模型。因此,高中生有必要針對典型物理模型進行分析和研究,以便在遇到問題時能夠及時建構出合適的物理模型。常見的典型物理模型主要是力學相關知識,如質點,彈性小球,平拋運動,勻速圓周運動等,其它的電學等也多少涉及到力學內容,如切割磁感線、帶電物體運動等[2]。高中生一定要將力學典型物理模型熟記在心,并在解題時有效應用,大幅提升解題效率。

例題:如圖1所示,小木塊從光滑斜面的A點由靜止開始下滑,在經過B點后進入粗糙平面(假設經過B點后小木塊速度大小不變),最終停在C點。由速度傳感器測得小木塊在運動0.2s后速度大小為1m/s,在運動0.4s后速度大小為2m/s,在運動1.2s后速度大小為1.1m/s,在運動1.4s后速度大小為0.7m/s。如果重力加速度為,那么請問斜面傾角為多少?小木塊與粗糙平面的動摩擦因數μ大小?當小木塊運動0.6s后其速度大小為多少?

要想解決這個問題,那么學生必須要對典型物理模型有著充分的了解和掌握,才能快速建構出相應的物理模型進行解題。在這個例題中,不僅僅涉及到質點這類物質模型,同時也涉及到物體運動狀態的過程模擬模型。通過質點模型對小木塊在光滑斜面及粗糙平面的進行受力分析,利用過程模擬模型對小木塊的整個運動過程進行模擬,將二者進行有效結合,則能有效解決問題。對小木塊進行受力分析,發現其在光滑斜面上時受重力及斜面的支持力,并在二力的共同作用下由靜止開始做勻加速運動;當小木塊經過B點到達粗糙平面后,其在水平方向上只受平面的摩擦力,做勻減速運動。(1)因此在光滑平面上時,根據題中給出的速度變化情況,可以由公式算出其加速度為5。又由小木塊在斜面的受力分析得知,帶入數據算得。(2)由于小木塊在粗糙平面上做勻減速運動,那么根據公式,代入數據,,t=0.2s。計算得出其加速度大小為2m/s,方向水平向左。再根據小木塊在粗糙平面上的受力分析得知,,代入數據算得動摩擦因素。(3)要計算小木塊在t=0.6s是的瞬時速度v,首先需要判斷其是否經過B點。那么可以假設小木塊在時間為時恰好經過B點,且其瞬時速度為VB。那么根據題意有,。將這兩個算式聯立求解,得,。因此在==0.6s時,小木塊已經經過B點且正在做勻減速運動,其速度計算得出為2.3m/s。除了要對典型物理模型有所了解外,高中生還要對不同物理模型進行分析和比較,從而加深建模理解。再加上大量練習相關習題,可以幫助學生強化建模實踐,能夠更加得心應手地構建物理模型。值得注意的是,高中物理習題大多是對實際問題進行模型化處理而來,本身就已經是實際情況的簡化和理想化。學生在實際生活中還要從這種建模慣性思維中跳脫出來,不能將物理模型直接等同于實際情況。

結束語

對高中而言,建構物理模型是學習物理知識的有效方法。特別是在解決物理問題時,建構科學而合理的物理模型,往往能起到事半功倍的效果,簡化問題,從而更加簡單有效的解決問題。因此高中學生在學習物理知識時,應當具備良好的建模意識,對典型物理模型進行分析和比較,強化對物理模型的理解,并依靠習題來強化建構物理模型的實踐。如此一來,高中生學習物理知識會變得更加簡單、有效。

參考文獻

[1]楊子秀.模型法在高考物理解題中的研究[D].云南師范大學,2017.

[2]戴偉.物理習題解決中物理模型的影響研究[D].南京師范大學,2017.

作者:蔡晟葦 單位:華中師范大學第一附屬中學

光學學報責任編輯:張雨    閱讀:人次
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