大学物理与中学物理之物理学的方法.pptx

专专专专 题二题二题二题二 大学物理与中学物理大学物理与中学物理大学物理与中学物理大学物理与中学物理n n选题的考虑选题的考虑选题的考虑选题的考虑物理学的研究方法物理学的研究方法物理学的研究方法物理学的研究方法提出命题提出命题 应用应用 修改理论修改理论 实验检验实验检验 理论预言理论预言 物理学是一门理论和实验高度结合的精确物理学是一门理论和实验高度结合的精确物理的直觉和想物理的直觉和想物理的直觉和想物理的直觉和想象力及洞察力也象力及洞察力也象力及洞察力也象力及洞察力也常常产生重大突常常产生重大突常常产生重大突常常产生重大突破和发现破和发现破和发现破和发现其研究程序可概括为：其研究程序可概括为：科学，科学，观测、实验观测、实验 推测答案推测答案 之一4）逻辑推理与数学演算：逻辑推理与数学演算：用数学语言描述物理概念和物理用数学语言描述物理概念和物理规律，用数学演算进行物理计算和物理推导。规律，用数学演算进行物理计算和物理推导。1）观察与实验：观察与实验：从新的观测和实验事实提出命题；或用从新的观测和实验事实提出命题；或用观察与实验的方法验证理论。观察与实验的方法验证理论。2）建立理想模型：建立理想模型：用已知的原理和事实，突出主要因素，用已知的原理和事实，突出主要因素，建立理想的唯象的物理模型。建立理想的唯象的物理模型。3）假假说：说：当实验事实与旧理论不相符时，根据事实提当实验事实与旧理论不相符时，根据事实提出新的假说和原理。出新的假说和原理。“通过物理概念和规律的学习过程，通过物理概念和规律的学习过程，了解物理学的研究方法，认识物理了解物理学的研究方法，认识物理实验、实验、物理模型物理模型和数学工具在物理和数学工具在物理发展过程中的作用发展过程中的作用”普通高中物理课程标准普通高中物理课程标准之二依据物理课程标准，把其中隐藏的主要科学方法明朗化、显性化，从而提出科学方法教育的主要内容，如表1：表表1科学方法教育的主要内容及出现频次科学方法教育的主要内容及出现频次序号序号科学方法科学方法频次频次1演绎推理法演绎推理法362实验归纳法实验归纳法243理想化方法理想化方法164假说方法假说方法135值定义法值定义法136等效方法等效方法107控制变量法控制变量法108乘积定义法乘积定义法10此外，从科学方法教育的层次性来考虑，思维方法同样是科学方法教育的重要内容，它包括分析、综合、抽象、概括等。这就使科学方法与物理知识密切联系起来，使科学方法教育的内容在一定程度上达到相对统一。一个教材分析片段之三三、实施新课程和提高高考成绩并不矛盾三、实施新课程和提高高考成绩并不矛盾2.实实施施新新课课程程有有利利于于从从根根本本因因素素上上提提高高学学生生高高考考的成绩的成绩实践意识是解题过程中审题环节的基本素质实践意识是解题过程中审题环节的基本素质新课程注重在科学、合理的学习过程中掌握方法新课程注重在科学、合理的学习过程中掌握方法新新课课程程重重视视学学习习过过程程的的设设计计，让让学学生生在在自自主主学学习习的的过过程程中中总总结结、领领悟悟解解决决问问题题的的思思路路，为为掌掌握握正正确确的的科学思维方法创造了最基本的条件。科学思维方法创造了最基本的条件。来来自自质质子子源源的的质质子子(初初速速度度为为零零），经经一一加加速速电电压压为为800kV的的直直线线加加速速器器加加速速，形形成成电电流流为为1mA的的细细柱柱形形质质子子流流，已已知知质质子子电电荷荷e1.601019C.这这束束质质子子流流每每秒秒打打到到靶靶上上的的质质子子数数为为_。假假定定分分布布在在质质子子源源到到靶靶之之间间的的加加速速电电场场是是均均匀匀的的，在在质质子子束束中中与与质质子子源源相相距距 l 和和4 l 的的两两处处，各各取取一一段段极极短短的的相相等等长长度度的的质质子子流流，其其中中的的质质子子数数分分别别为为n1和和n2，则，则n1/n2_。高考统计：满分率高考统计：满分率 0.0930.093（主要错在后一问）。表明多数学生（主要错在后一问）。表明多数学生不会自觉地运用不会自觉地运用“变与不变变与不变”的思想灵活分析具体的问题的思想灵活分析具体的问题 高考题高考题 假假定定质质子子源源到到靶靶之之间间的的加加速速电电场场是是均均匀匀的的，在在质质子子束束中中与与质质子子源源相相距距 l 和和4 l 的的两两处处，各各取取一一段段极极短短的的相相等等长长度度的的质质子子流流，其其中中的的质子数分别为质子数分别为n1和和n2，则，则n1/n2_.s2 s1l4l思思维维方方法法：质质子子在在全全过过程程中中做做匀匀加加速速运运动动（速速度度变变）；在在极极短短长长度内可看为做匀速运动（速度度内可看为做匀速运动（速度不变不变）。）。知识：知识：匀加速运动匀加速运动v22a l匀速运动匀速运动sv t相等长度下相等长度下n 和和s 成反比成反比本题难就难在学生缺乏本题难就难在学生缺乏本题难就难在学生缺乏本题难就难在学生缺乏“变与不变变与不变变与不变变与不变”的思想的思想的思想的思想三、实施新课程和提高高考成绩并不矛盾三、实施新课程和提高高考成绩并不矛盾2实实施施新新课课程程有有利利于于从从根根本本因因素素上上提提高高学学生生高高考考的的成绩成绩实践意识是解题过程中审题环节的基本素质实践意识是解题过程中审题环节的基本素质新课程注重在科学、合理的学习过程中掌握方法新课程注重在科学、合理的学习过程中掌握方法“变与不变变与不变”的思想在新课程中的体现举例的思想在新课程中的体现举例新新新新教教教教科科科科书书书书对对对对重重重重要要要要物物物物理理理理方方方方法法法法的的的的教教教教学学学学进进进进行了系统化、结构化构思行了系统化、结构化构思行了系统化、结构化构思行了系统化、结构化构思对重要物理方法的教学进行系统化、结构化构思对重要物理方法的教学进行系统化、结构化构思对重要物理方法的教学进行系统化、结构化构思对重要物理方法的教学进行系统化、结构化构思讲解：平均速度和瞬时速度讲解：平均速度和瞬时速度渗透渗透“极限极限”（P18P18）对重要物理方法的教学进行系统化、结构化构思对重要物理方法的教学进行系统化、结构化构思对重要物理方法的教学进行系统化、结构化构思对重要物理方法的教学进行系统化、结构化构思讲解：平均速度和瞬时速度讲解：平均速度和瞬时速度渗透渗透“极限极限”（P18P18）实验：测速度实验：测速度用平均速度代表瞬时速度（用平均速度代表瞬时速度（P23P23）对重要物理方法的教学进行系统化、结构化构思对重要物理方法的教学进行系统化、结构化构思对重要物理方法的教学进行系统化、结构化构思对重要物理方法的教学进行系统化、结构化构思讲解：平均速度和瞬时速度讲解：平均速度和瞬时速度渗透渗透“极限极限”（P18P18）实验：测速度实验：测速度用平均速度代表瞬时速度（用平均速度代表瞬时速度（P23P23）讨论：已知各时刻速度，是否可以估算位移（讨论：已知各时刻速度，是否可以估算位移（P40P40）对重要物理方法的教学进行系统化、结构化构思对重要物理方法的教学进行系统化、结构化构思对重要物理方法的教学进行系统化、结构化构思对重要物理方法的教学进行系统化、结构化构思讲解：平均速度和瞬时速度讲解：平均速度和瞬时速度渗透渗透“极限极限”（P18P18）实验：测速度实验：测速度用平均速度代表瞬时速度（用平均速度代表瞬时速度（P23P23）讨论：已知各时刻速度，是否可以估算位移（讨论：已知各时刻速度，是否可以估算位移（P40P40）推导：用推导：用v-t 图象推出匀变速运动位移公式（图象推出匀变速运动位移公式（P41P41）对重要物理方法的教学进行系统化、结构化构思对重要物理方法的教学进行系统化、结构化构思对重要物理方法的教学进行系统化、结构化构思对重要物理方法的教学进行系统化、结构化构思讲解：平均速度和瞬时速度讲解：平均速度和瞬时速度渗透渗透“极限极限”（P18P18）实验：测速度实验：测速度用平均速度代表瞬时速度（用平均速度代表瞬时速度（P23P23）讨论：已知各时刻速度，是否可以估算位移（讨论：已知各时刻速度，是否可以估算位移（P40P40）推导：用推导：用v-t 图象推出匀变速运动位移公式（图象推出匀变速运动位移公式（P41P41）做一做：从一张照片估算照相机的曝光时间（做一做：从一张照片估算照相机的曝光时间（P47P47）做一做做一做有有一一种种“傻傻瓜瓜”照照相相机机，其其光光圈圈（进进光光孔孔径径）随随被被拍拍摄摄物物体体的的亮亮度度自自动动调调节节，而而快快门门（曝曝光光时时间间）是是固固定定不不变变的的。为为估估测测该该照照相相机机的的曝曝光光时时间间，实实验验者者从从某某砖砖墙墙前前的的高高处处使使一一个个石石子子自自由由落落下下，拍拍摄摄石石子子在在空空中中的的照照片片如如图图所所示示。由由于于石石子子的的运运动动，它它在在照照片片上上留留下下了了一一条模糊的径迹。条模糊的径迹。已已知知每每块块砖砖的的平平均均厚厚度度为为 6cm，拍拍摄摄到到石石子子位位置置A距距石石子子起起落落点点竖竖直直距距离离约约 2m。怎怎样样估估算算这这个个照照相相机机的的曝曝光光时时间？间？AB对重要物理方法的教学进行系统化、结构化构思对重要物理方法的教学进行系统化、结构化构思对重要物理方法的教学进行系统化、结构化构思对重要物理方法的教学进行系统化、结构化构思讲解：平均速度和瞬时速度讲解：平均速度和瞬时速度渗透渗透“极限极限”（P18P18）实验：测速度实验：测速度用平均速度代表瞬时速度（用平均速度代表瞬时速度（P23P23）讨论：已知各时刻速度，是否可以估算位移（讨论：已知各时刻速度，是否可以估算位移（P40P40）推导：用推导：用v-t 图象推出匀变速运动位移公式（图象推出匀变速运动位移公式（P41P41）做一做：从一张照片估算照相机的曝光时间（做一做：从一张照片估算照相机的曝光时间（P47P47）探究：利用图象怎样计算变力做功？（物理探究：利用图象怎样计算变力做功？（物理,P16,P16）在在在在教教教教学学学学内内内内容容容容上上上上进进进进行行行行系系系系统统统统化化化化布布布布局。局。局。局。在在在在教教教教学学学学内内内内容容容容上上上上进进进进行行行行系系系系统统统统化化化化布布布布局。局。局。局。在在在在教教教教学学学学内内内内容容容容上上上上进进进进行行行行系系系系统统统统化化化化布布布布局。局。局。局。在在在在教教教教学学学学内内内内容容容容上上上上进进进进行行行行系系系系统统统统化化化化布布布布局。局。局。局。在在在在教教教教学学学学内内内内容容容容上上上上进进进进行行行行系系系系统统统统化化化化布布布布局。局。局。局。在在在在教教教教学学学学内内内内容容容容上上上上进进进进行行行行系系系系统统统统化化化化布布布布局。局。局。局。“变与不变变与不变变与不变变与不变”的思想从速度的概念拓展到力的概念的思想从速度的概念拓展到力的概念的思想从速度的概念拓展到力的概念的思想从速度的概念拓展到力的概念对重要物理方法的教学进行系统化、结构化构思对重要物理方法的教学进行系统化、结构化构思对重要物理方法的教学进行系统化、结构化构思对重要物理方法的教学进行系统化、结构化构思讲解：平均速度和瞬时速度讲解：平均速度和瞬时速度渗透渗透“极限极限”（P18P18）实验：测速度实验：测速度用平均速度代表瞬时速度（用平均速度代表瞬时速度（P23P23）讨论：已知各时刻速度，是否可以估算位移（讨论：已知各时刻速度，是否可以估算位移（P40P40）推导：用推导：用v-t 图象推出匀变速运动位移公式（图象推出匀变速运动位移公式（P41P41）做一做：从一张照片估算照相机的曝光时间（做一做：从一张照片估算照相机的曝光时间（P47P47）探究：利用图象怎样计算变力做功？（物理探究：利用图象怎样计算变力做功？（物理2,P162,P16）在在在在教教教教学学学学内内内内容容容容上上上上进进进进行行行行系系系系统统统统化化化化布布布布局局局局，同同同同时时时时，在在在在教教教教学学学学方方方方式式式式上上上上设设设设计计计计成成成成具具具具有有有有多多多多样样样样化化化化的结构。的结构。的结构。的结构。在在在在教教教教学学学学内内内内容容容容上上上上进进进进行行行行系系系系统统统统化化化化布布布布局局局局，同同同同时时时时，在在在在教教教教学学学学方方方方式式式式上上上上设设设设计计计计成成成成具具具具有有有有多多多多样样样样化化化化的结构。的结构。的结构。的结构。在在在在教教教教学学学学内内内内容容容容上上上上进进进进行行行行系系系系统统统统化化化化布布布布局局局局，同同同同时时时时，在在在在教教教教学学学学方方方方式式式式上上上上设设设设计计计计成成成成具具具具有有有有多多多多样样样样化化化化的结构。的结构。的结构。的结构。在在在在教教教教学学学学内内内内容容容容上上上上进进进进行行行行系系系系统统统统化化化化布布布布局局局局，同同同同时时时时，在在在在教教教教学学学学方方方方式式式式上上上上设设设设计计计计成成成成具具具具有有有有多多多多样样样样化化化化的结构。的结构。的结构。的结构。在在在在教教教教学学学学内内内内容容容容上上上上进进进进行行行行系系系系统统统统化化化化布布布布局局局局，同同同同时时时时，在在在在教教教教学学学学方方方方式式式式上上上上设设设设计计计计成成成成具具具具有有有有多多多多样样样样化化化化的结构。的结构。的结构。的结构。在在在在教教教教学学学学方方方方式式式式上上上上具具具具有有有有多多多多样样样样化化化化的的的的结构。结构。结构。结构。“变与不变变与不变变与不变变与不变”的思想从速度的概念拓展到力的概念的思想从速度的概念拓展到力的概念的思想从速度的概念拓展到力的概念的思想从速度的概念拓展到力的概念真真空空中中速速度度为为v6.4107m/s的的电电子子束束连连续续射射入入两两平平行行极极板板之之间间，极极板板长长度度为为l8.010-2m，间间距距d5.010-3m。两两极极板板不不带带电电时时，电电子子将将沿沿两两极极板板之之间间的的中中线线通通过过。在在两两极极板板上上加加一一50Hz的的交交变变电电压压uU0sint，如如果果所所加加电电压压的的最最大大值值U0超超过过某某一一值值Uc时时，将将开开始始出出现现了了以以下下现现象象：电电子子束束有有时时能能通过两极板；有时间断，不能通过。通过两极板；有时间断，不能通过。(1)求求Uc的大小。的大小。(2)求求Uc为为何何值值才才能能使使通通过过的的时时间间t通通跟跟间间断断的的时时间间t断断之之比为比为t通通：t断断2:1高考试卷中一个难度很大的试题：高考试卷中一个难度很大的试题：v-eld如如如如果果果果能能能能把把把把“变变变变与与与与不不不不变变变变”的的的的思思思思想想想想从从从从速速速速度度度度、力力力力，进进进进一一一一步步步步拓拓拓拓展展展展到到到到磁磁磁磁场场场场、电电电电场场场场等等等等概概概概念念念念，本本本本题的难度将显著减小。题的难度将显著减小。题的难度将显著减小。题的难度将显著减小。推推荐荐书书目目一、物理科学方法概念一、物理科学方法概念二、二、物理科学方法二例物理科学方法二例1物理学的研究方法物理学的研究方法之理想模型法之理想模型法2物理学的研究方法物理学的研究方法之之物理假说方法一、物理科学方法概念n物理科学方法就是研究物理现象研究物理现象描述物理现象描述物理现象实施物理实验实施物理实验总结物理规律总结物理规律检验物理规律检验物理规律时所应用的各种手段和方法各种手段和方法各种手段和方法各种手段和方法。1物理科学方法2物理科学方法的分类与结构体系物理科学方法的分类与结构体系哲学（世界观、方法论）自然科学方法论物理学方法论物理学知识的发现与研究方法物理学理论体系的建立方法物理理论的学习与传播方法常规方法非常规方法经典方法现代方法观察与实验逻辑思维方法数学方法自然观察实验观察比较与分类分析与综合归纳与演绎理想化方法类比方法假说其他方法老三论新三论其它直觉与灵感机遇科学想象与猜想物理的美学思想失误与悖论其他逻辑方法历史方法逻辑历史结合方法物理学习法物理施教法物理教材编写法物理教育研究法经典数学方法概率统计方法模糊数学方法突变数学方法二、二、物理科学方法二例物理科学方法二例理想模型方法物理假说方法1物理学的研究方法物理学的研究方法 理想模型法理想模型法人们常常遵循人们常常遵循化繁为简化繁为简化繁为简化繁为简 的原则，有意识地的原则，有意识地突出研突出研究对象的主要因素，忽略次要因素或无关紧要因素的究对象的主要因素，忽略次要因素或无关紧要因素的干扰干扰，抽象抽象出能反映事物本质的出能反映事物本质的理想化模型理想化模型。理想模型它能理想模型它能保留对研究问题起决定影响的主要因保留对研究问题起决定影响的主要因素，建立科学的抽象模型，清晰地反映被研究问题素，建立科学的抽象模型，清晰地反映被研究问题的本质特征，呈现问题所包含的主要矛盾，便于我的本质特征，呈现问题所包含的主要矛盾，便于我们分析和发现物质运动的主要规律。们分析和发现物质运动的主要规律。（1）理想模型的思想）理想模型的思想理想模型法已成为一种重要的科学研究方法，并且被广泛地应用于各个领域。（2）物理模型的思想）物理模型的思想物理现象和物理过程都是很复杂的物理现象和物理过程都是很复杂的,如果把所有如果把所有的因素、都毫不遗漏地考虑进去的因素、都毫不遗漏地考虑进去,那么势必增加研那么势必增加研究问题的难度究问题的难度,甚至无法研究。甚至无法研究。物理理论研究需要物理理论研究需要:忽忽视物理事物的次要因素考物理事物的次要因素考虑主要因素主要因素忽忽视个性考个性考虑共性共性再通再通过科学思科学思维对物理世界中的原物物理世界中的原物进行抽象描述行抽象描述以此得到的抽象事物以此得到的抽象事物,称之为称之为物理模型物理模型。具有生动、形象、深刻地反映具有生动、形象、深刻地反映事物本质和主流事物本质和主流 这一重要属性这一重要属性能将复杂问题能将复杂问题简单化简单化，宏观物体，宏观物体微观化微观化如：单如：单摆、质点、点电荷、点光源等摆、质点、点电荷、点光源等能将抽象事物能将抽象事物具体化具体化，微观物体，微观物体宏观化宏观化（即借助形象的宏观模型来认识微观体。）（即借助形象的宏观模型来认识微观体。）如：电力线、磁力线、磁分子模型、晶体的空间点如：电力线、磁力线、磁分子模型、晶体的空间点阵、原子的核式结构模型等阵、原子的核式结构模型等特点特点（3）理想模型的分类）理想模型的分类1）实物物模型实物物模型质点、刚体、理想模型、单摆、弹簧振子、点质点、刚体、理想模型、单摆、弹簧振子、点电荷纯电阻、薄透镜、绝对黑体等等电荷纯电阻、薄透镜、绝对黑体等等。它们各自集中地突出了某一类实际对象的它们各自集中地突出了某一类实际对象的主要特征，使得事物的本质简洁明了。主要特征，使得事物的本质简洁明了。有了这些有了这些模型，使人们研究事物现象的手段简单化，过程模型，使人们研究事物现象的手段简单化，过程缩短，对客观事物本质的认识更为深刻全面。缩短，对客观事物本质的认识更为深刻全面。如：如：质点，质点，是建立在物体都是建立在物体都有质量，都占有质量，都占有空间位置有空间位置两个主要特征上的理想模两个主要特征上的理想模型，忽略了型，忽略了具体物体的大小、形状和具体物体的大小、形状和内部结构等内部结构等次要因素。次要因素。理想气体，理想气体，是在忽略了是在忽略了气体分子本身气体分子本身的体积和分子间相互作用力的体积和分子间相互作用力的情况下的情况下建立的理想模型。建立的理想模型。例如：大学物理中一些基本的实物模型例如：大学物理中一些基本的实物模型力学部分有：质点、刚体、弹性体等热学部分有：孤立系、平衡态、理想气体等光学部分有：细光束和光线、点光源、黑体等电学部分有：点电荷、电路模型、纯电感等原子物理有：原子模型2）空间模型）空间模型如直线、水平面、光滑平面、光滑斜面、匀如直线、水平面、光滑平面、光滑斜面、匀强电场、匀强磁场等等。强电场、匀强磁场等等。此类模型各自体现了一些此类模型各自体现了一些特征的物理空间，往往都是将其推至极限条件下抽特征的物理空间，往往都是将其推至极限条件下抽象出来的。象出来的。如如力学中的水平面力学中的水平面应当是一个确确实实的球面应当是一个确确实实的球面的一部分，而实际讨论中总是将其认为是球面上无的一部分，而实际讨论中总是将其认为是球面上无限小的一个局部，抽象为平面。光滑平面和光滑斜限小的一个局部，抽象为平面。光滑平面和光滑斜面则是认为其摩擦系数足够小的极限条件下的近似。面则是认为其摩擦系数足够小的极限条件下的近似。3）运动模型运动模型如：静止、匀速直线运动、自由落体运动、匀速圆周运如：静止、匀速直线运动、自由落体运动、匀速圆周运动、简谐运动、理想气体的等值变化等等。动、简谐运动、理想气体的等值变化等等。它们各自集中地反映它们各自集中地反映了一些实际对象运动形式的主要特征。了一些实际对象运动形式的主要特征。通过对这种理想运动的研究，人们对实际对象的运动通过对这种理想运动的研究，人们对实际对象的运动本质的了解才能更为透彻。本质的了解才能更为透彻。如：表示如：表示理想气体状态变化规律的克拉伯龙方程的结果与理想气体状态变化规律的克拉伯龙方程的结果与实际气体不相符合，但经过适当地修改后的范德瓦尔斯方实际气体不相符合，但经过适当地修改后的范德瓦尔斯方程就能够与真实气体比较符合程就能够与真实气体比较符合。如果一开始人们就研究实。如果一开始人们就研究实际的情况，那将是很困难的，也很难得出规律性的结果来。际的情况，那将是很困难的，也很难得出规律性的结果来。对理想模型的研究是对实际问题研究的基本和对理想模型的研究是对实际问题研究的基本和先导这是研究问题的一般途径。先导这是研究问题的一般途径。4）理想实验）理想实验如如:伽利略所设计的伽利略所设计的“理想斜面实验理想斜面实验”“理想实验理想实验”与真实的实验虽有原则的区别，与真实的实验虽有原则的区别，但它的设计思想确具有可靠的实践基础。但它的设计思想确具有可靠的实践基础。理想模型的分类可以有不同的分法。比如它又可以分为两大类：实体理想化模型实体理想化模型，它建立在客观实体基础上，根据所研究问题的性质和需要把自然界中客观存在的实际物体加以理想化。过程理想化模型过程理想化模型，它建立在物体或物体运动变化过程基础上，根据所研究问题的物理过程加以理想化。还有理想化实验，它也属于过程理想模型的范围。有的理想模型往往同时具备上述几个特征。上述几种理想模型，它们都不是凭空想象出来的，上述几种理想模型，它们都不是凭空想象出来的，它们来源于它们来源于客观实践客观实践，然而他们又都不完全等于，然而他们又都不完全等于客观实践，它们不保留客观实践的各种具体细节，客观实践，它们不保留客观实践的各种具体细节，不具备客观实践的各种复杂性质，不具备客观实践的各种复杂性质，但却一定保留但却一定保留和具备所研究的客观实践的本质特征和具备所研究的客观实践的本质特征，能够正确地反映能够正确地反映客观实践的内在联系和规律。关于关于原子模型的演变过程原子模型的演变过程充充分地说明了理想模型是变化的、发展的。分地说明了理想模型是变化的、发展的。它也说明了它也说明了人们认识客观世界是由浅入深、人们认识客观世界是由浅入深、由片面到全面、由局部到整体逐步深入的由片面到全面、由局部到整体逐步深入的，物理模型的建立也是逐步深入的。物理模型的建立也是逐步深入的。原子模型原子模型一方面，大量的一方面，大量的正确的模型正确的模型的成功，体的成功，体现了建立模型应用模型方法的意义和作现了建立模型应用模型方法的意义和作用。用。另一方面另一方面不少模型在科学面前最终被证不少模型在科学面前最终被证明是错误的明是错误的，因而被人们抛弃了。但是，因而被人们抛弃了。但是，它们从反面却给人们以深刻的启示，在它们从反面却给人们以深刻的启示，在人类认识史上为建立新的模型仍然起到人类认识史上为建立新的模型仍然起到了一定的积极作用。了一定的积极作用。建立模型要建立模型要以以观察和实验观察和实验为基础为基础建立模型需要建立模型需要丰富的想象力丰富的想象力，通常采用，通常采用类比类比方方法，按照人们所熟悉的事物，构造出唯象的图形、法，按照人们所熟悉的事物，构造出唯象的图形、模式模式建立模型需要大胆建立模型需要大胆猜测和推断猜测和推断在建立模型的过程中，有时可以由较少的科学事实，先猜在建立模型的过程中，有时可以由较少的科学事实，先猜测一个简单的模型，然后对模型的近似程度进行估计和正，测一个简单的模型，然后对模型的近似程度进行估计和正，逐步去逼近原型。在利用模型逐步逼近原型的过程中，要逐步去逼近原型。在利用模型逐步逼近原型的过程中，要保证精度的同时还要尽量简化，做到准确性和简单性的统保证精度的同时还要尽量简化，做到准确性和简单性的统一。一。（4）建立模型的方法）建立模型的方法从观察和实验中积累并获取经验；从观察和实验中积累并获取经验；分析实际问题的影响因素；分析实际问题的影响因素；在经验事实的基础上抓住主要因素；在经验事实的基础上抓住主要因素；忽略研究对象的次要因素；忽略研究对象的次要因素；通过创造性思维方法（如想象、推理、判通过创造性思维方法（如想象、推理、判断等）建立模型。断等）建立模型。用所建模型解决实际问题，预言未知现象，用所建模型解决实际问题，预言未知现象，并检验模型的适用范围。并检验模型的适用范围。在遇到超出模型适用范围的现象时又如何在遇到超出模型适用范围的现象时又如何修正、完善模型，甚至思考全新的模型。修正、完善模型，甚至思考全新的模型。构建模型的一般步骤构建模型的一般步骤 科学素质科学素质科学素质科学素质主要是指人们在认识自然和应用科学知识的过程中表现出来的内禀特性，是科学观、科学品质、科学思维方法和科学研究能力的综合反映。1）物理模型能让学生形成正确的物理模型能让学生形成正确的科学观和良好的科学品质科学观：科学观：科学观：科学观：人们对某一科学对象或科学过程本原或本体的见解和意识，追求真理是科学的独特象征。（5）物理模型与学生的科学素质2)物理模型能促进学生物理模型能促进学生科学思维能力和科学研究能力的提高的提高科学素质培养的核心是科学能力，即维能力和研究能力。而物理模型是中学物理知识的载体，是教师传播知识和学生获取知识的关节点。高中物理教材关于“物性”的安排：首先让学生进行一个很容易做的观察实验：实验一实验一把两块方糖分别投入盛有热水和冷水的两玻璃杯中，观察糖会发生什么情况，并且要求学生尽量精确地记录下观察的结果，然后提出以下问题：匈牙利高中物理对匈牙利高中物理对“理想模型理想模型”的教学法赏析的教学法赏析（1）为什么糖在冷水和热水中溶化的方式不同？（2）这种差异的基本原因是什么？（3）只有糖才显示这种差异码？实验二用高锰酸钾重做上面的实验讨论：如何根据在实验中观察到的结果建造模型？“迄今你做实验所用的固体材料似乎似乎有一种粗疏粗疏的结构，溶解很像很像这些固体材料瓦解瓦解成一些小碎片小碎片悬浮在水中，你虽然看不见溶解在水中的这些物质碎片，但是在你试图解释可溶性现象时，你任然可以想象想象这样的碎片。籍助于这幅简单的心智图画心智图画，你可以容易地解释我们积累的部分观察结果，其中之一就是虽然糖块在我们眼前消失不见了，但同时，水的味道却变甜了。书中的描写：在这段陈述中，作者通过生动、形象的语在这段陈述中，作者通过生动、形象的语言去启发读者的思维，拓展他们的言去启发读者的思维，拓展他们的想象力想象力，试图帮助读者构建出一副生动、鲜明的物理试图帮助读者构建出一副生动、鲜明的物理图景来解释观察结果：糖消失了，水却变甜图景来解释观察结果：糖消失了，水却变甜了，从而让读者了，从而让读者初步认识溶解现象和固体初步认识溶解现象和固体的假象结构的假象结构。“固体材料是由小碎片组成的这一想法，又引起了许多进一步的问题，在固体材料中这些小碎片是怎么呆在一起的？它们有手臂或者钩子来保持大家在一起，还是得想象有一种胶把它们粘在一起？水也是由小砖块构成的吗？还是一种连续体？你能用小碎片构成雪花的图样吗？教材中的第二段描述：第二组问题：第二组问题：（1）为什么有些固体（石头、勺子、木块等）投进水里就不瓦解呢？（2）为什么在热水中溶解比冷水中快？（3）水冻结成冰时又发生了什么？第三段描述第三段描述外星人想了解地球人的故事外星人想了解地球人的故事由故事得到的启示：（1）如何真正理解理想模型（2）兴趣是最好的老师（3）对模型的意义和用途理解更加深入（4）同一物体在解决不同问题时，可以取不同模型，而同一问题，取不同模型又可有不同的结果（举例说明）选取模型要看研究问题的需要，任何模选取模型要看研究问题的需要，任何模型都不能说明一切问题，模型是实物的抽象，它既型都不能说明一切问题，模型是实物的抽象，它既要能揭示矛盾，以便于分析矛盾；又要能够突出主要能揭示矛盾，以便于分析矛盾；又要能够突出主要矛盾，略去次要矛盾，进而解决矛盾。要矛盾，略去次要矛盾，进而解决矛盾。梳理本节教材的思路：观察实验观察实验建立模型建立模型应用检验模型应用检验模型完善修正模型完善修正模型实例分析：单摆模型的建立实例分析：单摆模型的建立教学中如何展示模型建立的过程？设计实验：设计实验：（1）观察用粗绳悬挂乒乓球与用等长细线悬挂钢球的摆动。（2）观察用橡皮筋挂金属球与用等长细线悬挂金属球的摆动。（3）观察用细线悬挂金属球分别在空气中和油中的摆动。（4）观察用细线悬挂相同的金属球在固定点和非固定点两种情况下的摆动。在教学中，仔细分析各种物理模型在教学中，仔细分析各种物理模型设计的思路和依据，尽量展示物理模型建立设计的思路和依据，尽量展示物理模型建立的过程和方法，引导学生逐步学会和掌握用的过程和方法，引导学生逐步学会和掌握用“建模建模”的方法来研究物理问题和解决实际的方法来研究物理问题和解决实际问问题，从而真正提高学生的科学素质。题，从而真正提高学生的科学素质。物理学的研究对象是一个错综复杂、五彩缤纷的物质世界，物理学家在探求真知的过程中所建立的理想模型涉及到力、热、光、电、原子物理等各个领域。！众多理性模型的建立启迪！众多理性模型的建立启迪物理学家创立新的科学理论，激励物理学家创立新的科学理论，激励人们向着自然的更深层次去探索。人们向着自然的更深层次去探索。物理模型物理模型与物理问题处理与物理问题处理话题一话题一【例例1】一跳水运动员从离水面一跳水运动员从离水面10m高的平台上向上高的平台上向上跃起跃起,举双臂直体离开台面，此时其重心位于从手到举双臂直体离开台面，此时其重心位于从手到脚全长的中点，跃起后重心升高脚全长的中点，跃起后重心升高0.45m达到最高点，达到最高点，落水时身体竖直，手先入水（在此过程中运动员水落水时身体竖直，手先入水（在此过程中运动员水平方向的运动忽略不计）从离开跳台到手触水面，平方向的运动忽略不计）从离开跳台到手触水面，他可用于完成空中动作的时间是他可用于完成空中动作的时间是_s。（计算。（计算时，可以把运动员看作全部质量集中在重心的一个时，可以把运动员看作全部质量集中在重心的一个质点，质点，g取取10m/s2，结果保留二位数），结果保留二位数）（一）实际模型的抽象（一）实际模型的抽象参考答案：参考答案：1.7s【例例2】一升降机在箱底装有若干个弹簧，设在某次事故一升降机在箱底装有若干个弹簧，设在某次事故中，升降机吊索在空中断裂，忽略摩擦力，则升降机在中，升降机吊索在空中断裂，忽略摩擦力，则升降机在从弹簧下端触地后直到最低点的一段运动过程中，从弹簧下端触地后直到最低点的一段运动过程中，（A）升降机的速度不断减小）升降机的速度不断减小（B）升降机的加速度不断变大）升降机的加速度不断变大（C）先是弹力做的负功小于重力做的正功，然后是弹）先是弹力做的负功小于重力做的正功，然后是弹力做的负功大于重力做的正功力做的负功大于重力做的正功（D）到最低点时，升降机加速度的值一定大于重力加）到最低点时，升降机加速度的值一定大于重力加速度的值。速度的值。参考答案：参考答案：CD【例例3】人的心脏每跳一次大约输送人的心脏每跳一次大约输送810-5m3的血的血液，正常人血压（可看作心脏压送血液的压强）液，正常人血压（可看作心脏压送血液的压强）的平均值约为的平均值约为1.5104Pa，心跳约每分钟，心跳约每分钟70次。据次。据此估测心脏平均功率约为此估测心脏平均功率约为_W。参考答案：参考答案：1.4W（二）抽象模型的还原二）抽象模型的还原【例例4】单摆模型单摆模型例例4-1：固定光滑圆弧轨道：固定光滑圆弧轨道AB部分所对应的圆心角部分所对应的圆心角小于小于5，末端切线水平。两个相同的小球，末端切线水平。两个相同的小球a、b分别分别从轨道的顶端和正中由静止开始下滑，比较它们到从轨道的顶端和正中由静止开始下滑，比较它们到达轨道底端所用的时间：达轨道底端所用的时间：tatb。参考答案：等于参考答案：等于例例4-2：已知如图，匀强电场方向水平向右，场强已知如图，匀强电场方向水平向右，场强E=1.5106V/m，丝线长，丝线长l=40cm，上端系于，上端系于O点，下端点，下端系质量为系质量为m=1.010-4kg，带电量为，带电量为q=+4.910-10C的小球，的小球，将小球从最低点将小球从最低点A由静止释放，求：由静止释放，求：（1）小球摆到最高点时丝线与竖直方向的夹角多大？）小球摆到最高点时丝线与竖直方向的夹角多大？（2）摆动过程中小球的最大速度是多大？）摆动过程中小球的最大速度是多大？OAE 参考答案：参考答案：741.4m/s【例例5】碰撞模型碰撞模型v0v1v2mAmBmBmA特殊情况：特殊情况：v1=v2例例5-1：一放置在光滑水平面上的汽缸，用活塞封闭：一放置在光滑水平面上的汽缸，用活塞封闭一定质量的气体，汽缸和活塞的质量均为一定质量的气体，汽缸和活塞的质量均为m,如图所如图所示。现给活塞一个水平向左的初速度示。现给活塞一个水平向左的初速度v0,使其向左运使其向左运动，则在以后的运动中，被封闭气体内能改变的最动，则在以后的运动中，被封闭气体内能改变的最大值为大值为。v0mm参考答案：参考答案：例例5-2：如图所示，在光滑的水平面上静止放置一块：如图所示，在光滑的水平面上静止放置一块长为长为50cm、质量为、质量为1kg的木板，在木板的左端有一的木板，在木板的左端有一质量为质量为1kg的小铜块（可视为质点），一颗质量为的小铜块（可视为质点），一颗质量为10g的子弹以的子弹以200m/s的速度射向铜块，碰撞后以的速度射向铜块，碰撞后以100m/s的速度被反向弹回。要使铜块不从木板的右的速度被反向弹回。要使铜块不从木板的右端滑下，求铜块与木板间的动摩擦因素至少为多少端滑下，求铜块与木板间的动摩擦因素至少为多少？（？（g取取10m/s2）参考答案：参考答案：0.45例例5-3：如图所示，两根间距为：如图所示，两根间距为l的光滑金属导轨（不计电阻），的光滑金属导轨（不计电阻），由一段圆弧部分与一段无限长的水平段部分组成。其水平段加由一段圆弧部分与一段无限长的水平段部分组成。其水平段加有竖直向下方向的匀强磁场，磁感应强度为有竖直向下方向的匀强磁场，磁感应强度为B，导轨水平段上静，导轨水平段上静止放置一金属棒止放置一金属棒cd，质量为，质量为2m，电阻为，电阻为2r。另一质量为。另一质量为m，电，电阻为阻为r的金属棒的金属棒ab，从圆弧段，从圆弧段M处由静止释放下滑至处由静止释放下滑至N处进入水处进入水平段，圆弧段平段，圆弧段MN半径为半径为R，所对圆心角为，所对圆心角为60，求：，求：（1）ab棒刚进入磁场区域时，通过导体棒中的电流；棒刚进入磁场区域时，通过导体棒中的电流；（2）cd棒能达到的最大速度；棒能达到的最大速度；（3）cd棒由静止到达最大速度的过程中，系统所产生的电热