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突出对所要研究问题起主要作用的因素

2019-09-03 01:29

倘若离开了物理模型,不仅物理研究无法进行,而且对物理学科的纵深发展必然会起阻碍束缚的作用。

纵观物理学发展史,许多重大的发现与结论,都是由科学家们经过大胆的猜想构思,创建出科学的理想化的物理模型,并通过实验检验或实践验证,模型与事实基础很好吻合的前提下获得的。

构建模型是科学研究的基本方法之一,模型在物理学中也得到了广泛的应用,物理模型是物理学理论体系的基石,物理模型的构建当然地也是物理学研究的主要方法之一,构建物理模型,可以采用多种方式方法,本文只对物理模型的构建中的理想化方法构建,提出一些粗浅的看法。

法拉第在1852年,对带电体、磁体周围空间存在的物质,设想出电场线、磁感线一类力线的模型,并用铁粉显示了磁棒周围的磁力线分布形状,从而建立了场的概念,对当前的传统观念是一个重大的突破。

卢瑟福以特有的洞察力和直觉,抓住粒子轰击金箔有大角度偏转这一反常现象,从原子内存在强电场的思想出发,于1911年构思出原子的核式结构模型。

用理想化方法建立起来的物理模型,是对物理原型在理想化状况下所遵循的基本规律的反映,而在现实的物理问题中,这些相应的理想状况并不存在,但这并不影响理想物理模型在实际物理问题中的应用,因为有很多实际的物理现象在一定的条件下,或在一定的范围内近似于理想状况,由相应的理想物理模型所得到的结论也是非常准确的。比如由理想气体模型所得到的理想气体状态方程在常温常压下是完全适用的。

1905年爱因斯坦受普朗克量子假设的启发,大胆地建立了光子模型,并提出著名的爱因斯坦光电效应方程,圆满地解释了光电效应现象。

一是将物质形态自身理想化,如质点、系统、理想气体、点电荷、匀强电场、匀强磁场等。二是将所处的条件理想化,如光滑、绝热等;三是将结构理想化,如分子电流、原子模式结构、磁力线、电力线。三是将运动变化过程理想化,如匀速圆周运动、等压过程等温、等容、等压过程;匀速、匀变速直线运动;抛体运动;简谐振动;稳恒电流等。其四是将物理实验理想化,包括将实验条件理想化、实验器材理想化等。

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或缺的依据,其重要性不言而喻。所以,教师在传授知识的过程中,要根据实际课时的内容安排,及时向学生强调基本物理模型建立的过程和条件,并要求学生牢固把握住这些基本的物理模型,并且在具体应用解决物理问题时,引导学生如何根据题设条件,从物理规律出发,通过分析、综合、类比等,突出对所要研究问题起主要作用的因素,略去非本质的次要因素,使思维从纷繁复杂的具体问题中抽象、构造出我们熟悉的物理模型,然后应用掌握的相关知识予以解决。当然,对学生这种能力的要求并非一朝一夕就能培养出来的,需要教师把这种建模意识贯穿在教学的始终。要循序渐进地启发引导学生,使学生逐步熟悉并掌握这种科学研究的思维方法,养成良好的思维品质,使构建物理模型的意识真正成为学生思考问题的方法与习惯。

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伽利略让小球从弯曲的斜槽上自由下落,当斜槽充分光滑时,小球可沿另端斜槽上升到初始高度,如果另端斜槽末端越接近水平,小球为达到初始高度,将运动很远。如果末端完全水平,小球将一直运动下去,永不停止。正因为伽里略构建了光滑这一理想化的模型,才有惯性定律的重大发现。

理想化方法是构建物理模型最主要的一种方法,他是将复杂的物理过程、物理现象中最本质具有共性的东西抽象出来,将其理想化、模型化,略去其次要因素和条件,抓住主要因素,即将其理想化,找出他们在理想状况下所遵循的基本规律,并构建出相应的物理模型。这是研究物理问题的重要思想方法。