淺談“物理模型”的作用及其建立

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1、.淺談“物理模型”的作用及其建立布魯納的發(fā)現(xiàn)法學(xué)習(xí)理論認(rèn)為：“認(rèn)識是一個過程，而不是一種產(chǎn)品”。探究式學(xué)習(xí)法是學(xué)習(xí)物理的一種重要的認(rèn)知方法；它以學(xué)生的需要為出發(fā)點，以問題為載體，從學(xué)科領(lǐng)域或現(xiàn)實社會生話中選擇和確定研究主題，創(chuàng)設(shè)類似于科學(xué)的情境，通過學(xué)生自主、獨立地發(fā)現(xiàn)問題、實驗探究、操作、調(diào)查、信息搜集與處理、表達(dá)與交流等探索活動，獲得知識技能，發(fā)展情感與態(tài)度，培養(yǎng)探索精神和創(chuàng)新能力的學(xué)習(xí)方式。在這探究式學(xué)習(xí)的過程中，最難的一點在于如何創(chuàng)設(shè)科學(xué)的物理情境；這個科學(xué)物理情境的創(chuàng)建過程就是“物理模型”的建立過程。所以說要想學(xué)好中學(xué)物理，就要學(xué)會對生活中的現(xiàn)象多觀察，多思考，并能從

2、中學(xué)會如何建立“物理模型”。一、什么是“物理模型”自然界中任何事物與其他許多事物都有這千絲萬縷的聯(lián)系，并處在不斷的變化當(dāng)中。面對復(fù)雜多邊的問題，人們在著手研究時，總是遵循這樣一條重要的法則，即從簡到繁，從易到難，循序漸進(jìn)，逐次深入；基于這樣一種思維，人們創(chuàng)建了“物理模型”，物理模型是指：物理學(xué)所分析的、研究的問題往往很復(fù)雜，為了便于著手分析與研究，物理學(xué)中常采用“簡化”的方法，對實際問題進(jìn)行科學(xué)抽象處理，用一種能反應(yīng)原物本質(zhì)的理想物理（過程）或遐想結(jié)構(gòu)，去描述實際的事物（過程），這種理想物質(zhì)（過程）或假象結(jié)構(gòu)稱之為“物理模型”。物理模型的建立是人們認(rèn)識和把握自然的一個典范，是前

3、人的一種創(chuàng)舉。二、物理模型的種類和特點1、中學(xué)中常見物理模型的種類（1）研究對象理想化模型，例如：質(zhì)點、剛體、理想氣體、恒壓電源等；（2）運動變化過程中理想化模型，如：“自由落體運動”、“簡諧運動”、“熱平衡方程”等等。這些都是把復(fù)雜的物理過程理想化了的“物理模型”。2、物理模型的特點（1）物理模型是形象性和抽象性的統(tǒng)一，物理模型的建立是舍棄次要因素，把握主要因素，化復(fù)雜為簡單，完成由現(xiàn)象到本質(zhì)，由具體到抽象的過程，而模型的本身又具有直觀形象的特點。（2）物理模型是科學(xué)性和假設(shè)性的辯證統(tǒng)一，物理模型不僅再現(xiàn)了過去...已經(jīng)感知已過的直觀形象，而且要以先前獲得的科學(xué)知識為科學(xué)依據(jù)

4、，經(jīng)過批判、推理等邏輯上的一系列嚴(yán)格論證；所以具有深刻的理論基礎(chǔ)，即具有一定的科學(xué)性；理想模型來源于現(xiàn)實，又高于現(xiàn)實，是抽象思維的結(jié)果，所以又具有一定的假設(shè)性，只有經(jīng)過實驗證實以后才被認(rèn)可，才有可能發(fā)展為理論。三、物理模型的作用1、使復(fù)雜問題簡單化。物理學(xué)研究對象是十分復(fù)雜的客觀世界，其起作用的因素很多，需要把復(fù)雜問題簡單化，模型方法恰好體現(xiàn)了抓主要矛盾，突出問題的本質(zhì)，可以使研究工作大為簡化。就拿物體從空中落下這樣一個簡單的問題來說，分析物體的受力情況，除重力外，還受到空氣的阻力和浮力，而空氣的阻力和浮力又與物體的形狀大小、空氣的密度溫度等因素有關(guān)，并且重力的大小也不是恒定的

5、，隨著物體下落的高度而發(fā)生微小的變化。此外，地球的自轉(zhuǎn)和氣體的流動對物體的下落也有一定的影響。我們在研究落體運動時，只突出了恒定重力作用，而把其它影響全都忽略了（這樣做本身也是合理的），這樣落體運動性質(zhì)就比較容易把握了。在討論原子核的裂變機制時，把一個原子核用一個帶電液滴來代表，便能夠滿意地說明裂變現(xiàn)象，這里抓做了主要矛盾表面張力和庫侖斥力，而把原子核內(nèi)部組分之間的相互作用細(xì)節(jié)忽略了。又如，固體是由許許多多的原子排列組成的，每個原子都有一個或多個價電子，這些電子的運動是一個多體的集體運動，這種多體運動描述起來非常復(fù)雜。而“能帶理論”是一種近似的模型理論，它通過絕熱近似、單電子近

6、似和周期場近似這三個基本物理近似，把一個十分復(fù)雜的多體問題簡化為一個單體問題，而且恰恰反映了事物的主要特征，計算結(jié)果與大部分實驗結(jié)果符合得很好。??...2、逐步逼近實際。應(yīng)用模型方法研究物理問題，能使問題的本質(zhì)突出、關(guān)系明朗，有利于問題的解決。但是，我們也應(yīng)看到，次要因素雖然對問題的影響很小，但畢竟有一定的影響，所以忽略次要因素以后而得到的結(jié)果就必然是近似的，與實際是有一定差距的。弄清楚主要矛盾后，再考慮次要矛盾，如此一級級作近似，就可能逼近實際；而建立物理模型為研究實際事物（原型）提供了一個比較的標(biāo)準(zhǔn)，從而開辟了研究實際事物的特征和變化規(guī)律的途徑。例如，在推導(dǎo)理想氣體狀態(tài)方

7、程時，我們幾乎把分子力完全忽略了，但在實際氣體中它還是有影響的。不過在氣態(tài)中分子力的效應(yīng)畢竟比較小，我們可把當(dāng)作對理想氣體模型的修正來處理。將理想氣體方程式加以適當(dāng)修正（壓強中加上一個修正項，體積中減去一個修正項），即可得到比較符合實際氣體行為的范德瓦爾斯方程式，這實際上是用氣體較復(fù)雜的物理模型（范德瓦爾斯氣體模型）代替理想氣體模型?？梢钥闯?，范德瓦爾斯氣體模型是在理想氣體模型的基礎(chǔ)上建立起來的，從理想氣體模型到范德瓦爾斯氣體模型是一個以理想化逐步逼近客觀實體的過程。理想晶體模型是研究一切實