淺談物理模型的應(yīng)用和發(fā)展

張可欣

摘要：物理模型是理論知識的一種初級形式，理論的研究實際上就是對模型的研究。綜觀物理學發(fā)展的歷史，可以說就是不斷提出物理模型，不斷完善舊模型或者代替舊模型的歷史?；诖?，本文通過查閱相關(guān)文獻資料，對物理模型的應(yīng)用和發(fā)展進行了總結(jié)。

關(guān)鍵詞：物理；模型；應(yīng)用；發(fā)展

1物理模型的分類及特點

1.1物理模型的分類

若從分析問題的客觀實際需要出發(fā)，物理模型可分為兩類：一類是宏觀模型，它的特點是不涉及物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)，而只研究模型本體的整體性質(zhì)，如質(zhì)點、點電荷即屬此類；另一類是微觀模型，它是建立在物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)假設(shè)基礎(chǔ)上的模型。若從物理型本體來劃分亦可分為兩類：一類是模擬式物理模型，它的特點是直觀、形象，有利于清楚地認識實物。另一類是理想化的物理模型，這是在原型的基礎(chǔ)上，經(jīng)過科學帛象而建立起來的一種研究客體，分為三種：實體物理模型，如點光源、理想氣體等；系統(tǒng)理想模型，如保守力系統(tǒng)和絕熱系統(tǒng)等；過程理想模型，如勻速圓周運動、自由落體運動等。

1.2物理模型的特點

物理模型是抽象性和形象性的統(tǒng)一。模型的建立過程是一個抽象的過程，因而建立的模型本身必然具有直觀、形象的特點。物理模型是科學性和假定性的辯證統(tǒng)一。物理模型不僅再現(xiàn)了過去已經(jīng)感知過的直觀形象，而且要以先前已獲得的科學知識為依據(jù)，經(jīng)過判斷、推理等一系列邏輯上的嚴格論證，所以具有一定的科學性。同時，它來源于現(xiàn)實，又高于客觀現(xiàn)實，因而又具有一定的假定性。這種假定性只有經(jīng)過實驗的嚴格證實以后，才會轉(zhuǎn)化為科學性。

2物理模型在高中物理學習的應(yīng)用

2.1培養(yǎng)分析問題的能力

物理課堂上所研究的對象有很多都是理想模型，物理規(guī)律都和一定的理想模型相聯(lián)系，“理想推理法”是物理課堂上的重要研究方法。例如，在學習“牛頓第一定律”的時候，學生在觀察小車在不同表面上運動后的距離后，教師引導學生思考“當小車在光滑表面上運動，小車會怎么運動”，從而得出“一切物體在不受力情況下，運動狀態(tài)不變”這一定律。再比如，在研究“真空不能傳聲” 的時候，真空條件在我們物理課堂上是達不到的，所以，學生在觀察過“瓶內(nèi)氣體越少聽到的聲音越小”這一現(xiàn)象后思考“瓶內(nèi)真空狀態(tài)我們能不能聽到聲音呢？”從而得出“真空不能傳聲”。學生的分析能力的培養(yǎng)是物理學習的重要目的之一，而物理理想模型的建立有利于這一目的的實現(xiàn)。

2.2提高理解和接受能力

物理模型的建立可以提高理解和接受能力。例如：學生在學習《走進分子世界》這一節(jié)的時候建立了物質(zhì)結(jié)構(gòu)模型，把抽象事物形象化。這樣，學生對微粒就有一個比較形象的認識，為接下來分子動理論學習打好了基礎(chǔ)，學生會更容易理解和接受分子這一概念。

2.3可對物理實體進行理想化處理

在下落的物體進行受力分析時我們都會忽略空氣阻力，因為相對于物體重力來說空氣阻力是很小的，對物體下落的實際情況影響很小。再比如，在研究滑輪組做功的機械效率的時候，我們都會忽略繩重和繩與滑輪之間的摩擦，因為相對于物體和動滑輪重力來說繩重和繩與滑輪之間的摩擦是很小的，可以忽略。所以，這樣理想化處理問題對實際情況影響很小，并且簡便了很多。

3 物理模型的發(fā)展

3.1 物理模型的相對性

和物理學中的定理或定律一樣，物理模型也有它的適用條件和范圍，或者說物理模型具有相對性，如點電荷的模型，在所研究的帶電體的線度遠小于它到所研究場點的距離時才是成立的。為說明這一點，我們以帶電體為例，若帶電體的半徑為R，所帶電量為q利用高斯定理求出距球r處的場強，這一結(jié)果與點電荷的場強表達式完全相同。在此情況下，由于r大于R，則可將具有一定半徑的球形帶電體視為位于球心處的點電荷，但當r趨于零時，利用點電荷場強公式求出的場強則趨于無限大，這顯然是不對的。為什么呢？這是因為我們所建立的點電荷模型是一宏觀模型，它不適于微觀領(lǐng)域。再者當r趨于零時，帶電體不能再看作點電荷，這是應(yīng)當考慮帶電球體的線度?？紤]了帶電體的線度以后，點電荷的模型仍能成立。同樣研究電場的性質(zhì)時，我們引用了試探電荷的模型。試探電荷與點電荷本質(zhì)上并無區(qū)別，但在使用上卻不相同。試探電荷在使用上與點電荷不同之處是試探電荷所帶電量要足夠小，以致它激發(fā)的電場對場源電荷激發(fā)的場所產(chǎn)生的影響可以忽略。由此可知，同種模型間也存在著相對性。

3.2物理模型的發(fā)展性

物理模型來源于實踐，是科學抽象的結(jié)果，在物理學發(fā)展中發(fā)揮著重要作用。但任何物理模型都不是一成不變的，不能說明一切問題，只是物理學發(fā)展中的產(chǎn)物。隨著科學技術(shù)的發(fā)展及新實驗事實的發(fā)現(xiàn)，原有物理模型不斷得到補充、修正。因此，可以說，物理模型伴隨著物理學發(fā)展過程的始終。在物理研究中，建立物理模型有利于發(fā)揮邏輯思維的作用。物理模型反映了一類事物的共同屬性，有利于我們認識客觀事物的內(nèi)在規(guī)律性。如理想氣體模型的建立。自然界中每一種氣體的組成和性質(zhì)各不相同。但物理學家從研究中發(fā)現(xiàn)，當各種氣體比較稀薄時具有一些共同的規(guī)律，并從實驗中總結(jié)出玻義耳定律、蓋呂薩克定律等。物理學家可以通過理想氣體模型，運用邏輯思維把玻義耳定律等三個有關(guān)氣體的經(jīng)驗定律統(tǒng)一起來，得到一般形式下的理想氣體狀態(tài)方程，從而為熱力學理論的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

4 結(jié)語

總之，物理模型的建立和發(fā)展給物理學習與研究帶來了諸多的方便。通過對各個物理模型的積累、比較、總結(jié)，可以使學生頭腦中的各個物理模型更加清晰，形成較完整的物理模型體系，同時培養(yǎng)了學生善于總結(jié)物理現(xiàn)象、規(guī)律異同的能力，為學生在解決實際問題時練就“去偽存真、去粗取精”的能力奠定了基礎(chǔ)。

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