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探索物理学研究方法:从观察到数学,提升物理学习效果

更新时间:2024-07-28 文章作者:佚名 信息来源:网络整理 阅读次数:

高中物理中理想化方法的介绍 物理是自然科学中最基础的学科之一,它研究物质的基本结构、最常见的相互作用、最普遍的运动规律以及所采用的实验手段和思维方法。《普通高中物理课程标准》指出:“通过物理概念和规律的学习过程,了解物理学的研究方法,认识到物理实验、物理模型和数学工具在物理学发展中的作用。”因此高中物理的理想状态,物理研究方法的学习也是物理学习的重要内容。物理研究方法主要有观察方法、实验方法、理想化方法、类比方法、等效方法、假设方法、数学方法等。由于高中物理教材的内容基本都是以知识体系的形式来表达的,而物理研究方法又以零散的形式隐含在物理知识的表达中,学生在学习物理时没有注重物理研究方法的学习,进而影响物理知识的学习和应用,给学生学习物理带来一定的困难。 本文仅对物理学研究方法之一的理想化方法作了初步介绍。所谓理想化方法,就是人们在观察和实验的基础上,用抽象思维把研究对象置于理想状态,把复杂的因素简单化留学之路,忽略细小的因素,用理想化的对象形象代替具体的对象形象的科学研究方法。纵观整个中学物理教科书,其中提到的理想化方法主要包括以下三个方面:第一是理想模型,第二是理想实验,第三是物理条件的理想化。N5y物理好资源网(原物理ok网)

1.理想模型 实际的物理现象和物理过程十分复杂,涉及的因素很多。所谓理想模型,就是忽略细小、无关的因素,突出事物本质特征的物理模型。实验观察是建立理想化模型的基础,抽象分析和想象是建立理想化模型的基本手段。理想模型可以把物理现象或过程简化、理想化。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 用以代替具体的物质组成高中物理的理想状态,表示研究对象的实体体系的模型为对象模型。例如粒子、刚体、单摆、理想气体、点电荷、恒定电流、理想变压器、薄透镜、绝对黑体、原子模型等都是对象模型。 2.条件模型 把研究对象的外界条件理想化而建立的模型为条件模型。例如光滑平面、光棒、光绳、均匀介质、均匀电场、均匀磁场等都是条件模型。 3.过程模型从纯粹理想化的具体过程抽象出来的物理过程就是过程模型。例如匀速直线运动、匀速加速直线运动、简谐振动、弹性碰撞、等温过程、绝热过程等,都属于过程模型。每种模型都有特定的适用条件和适用范围。把一个实际问题抽象成什么样的模型,需要对具体问题进行分析,综合考虑问题的目的、性质、程度等,然后作出选择。N5y物理好资源网(原物理ok网)

高中物理的理想状态N5y物理好资源网(原物理ok网)

例如,在研究地球绕太阳公转时,由于地球与太阳的平均距离(约1.496亿公里)远大于地球半径(约6370公里),因此,地球上各点相对于太阳的运动可以看作是相同的,即地球的形状和大小可以忽略不计,因此可以把地球看作一个“质点”,但在研究地球自转时,不能把地球看作一个“质点”。再比如,大炮发射炮弹时,如果研究炮弹在空中的弹道,可以把炮弹简化为质点模型;如果研究炮弹在炮管内的运动,就不能忽略炮弹的转动,而应该把它抽象为刚体模型。在物理学习中,说到理想模型的运用,关键是要理解理想模型是如何简化和抽象的,以及为什么要进行这样的简化和抽象。 建立物理模型是物理学研究中常用的方法。没有物理模型,物理学研究就会困难重重。例如,没有“点电荷”这个理想模型,就没有研究电荷间相互作用的库仑定律;没有“理想气体”这个理想模型,就没有理想气体的状态方程;没有“粒子”这个理想模型,就没有牛顿定律、万有引力定律。可以说,物理学的一切定理、定律、公式都是物理模型的描述。N5y物理好资源网(原物理ok网)

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