物理模型在研究性学习中的应用

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1、物理模型在研究性学习中的应用：物理学知识及物理学的思想、方法对解决生产生活学习中的实际问题都有帮助。本文阐述了利用物理模型在研究性学习中运用的有效性和重要性，是培养良好学习方法不可缺少的重要途径之一。　　关键词：物理模型；研究性学习；课题研究；单摆　　：G633.7：A：1002-7661（2011）10-209-01　　　　　　物理模型是根据所探索问题的需要和具体情况的展示，排除由次要因素带来的复杂性，把实际问题抽象为物理问题,构建一种理想的物理对象、物理条件等的过程，以达到扼要地揭示事物的本质。而研究性学习是类似

2、于科学研究的方式去获取知识和应用知识的一种学习方法。在开展研究性学习时，若要利用物理模型解决一些物理问题，就必须恰当、合理的构建物理模型，有意识地对事物的规律或现象寻找原因，这样才能达到发现问题，研究问题，解决问题的目的。　　研究性学习一般是要通过课堂教学获取知识，在教师的指导下，学生进行自主性的、探索性的学习，以培养学生深入挖掘物理本质的能力。而物理模型的构建过程，就是深入挖掘物理本质的过程。这样不仅再现了过去感知的直观情景，而且还可以用先前获取的科学知识经过探索、推理，解决一些实际问题。实际上研究性学习中的物理模

3、型是于现实，但又高于现实，是理想化的结果。要引导学生去认识或学习某个对象、过程，必须培养学生在较复杂问题中如何进行设计、分析、突出问题的主干，帮助学生从物理规律出发，通过分析、综合、类比等方法，突出对所要研究问题的主要因素，明确建立哪类模型，疏通解决问题的思路，使物理问题化繁为简，但一定要把握基本物理模型建立的过程和条件，真正明确物理模型在研究性学习中的重要意义。下面我们以课题《荡秋千》为例来看物理模型在研究性学习中的运用，目的是要通过物理情境，进行合理联想，塑造模型，把实际问题抽象为物理问题，使其真正成为学生思考问

4、题的方法与习惯，养成良好的思维品质。　　课题：游乐活动中的荡秋千，这是大家比较喜欢的活动之一，对以下问题进行讨论，研究其中所运用的物理知识：　　问题1.当秋千摆到什么位置时具有最大速度？　　问题2.秋千摆动时拉力如何变化，在什么位置拉力最大？　　问题3.假如秋千的绳子被磨损，在摆到什么位置最易断？　　每一个物理过程的处理，都离不开对物理问题的分析，分析问题是解决问题的第一步，但重点在于物理模型的建立和运用模型解决实际问题。荡秋千的过程，是一个摆动的过程，学生首先想到在课堂中学到的单摆，单摆是由摆球和摆线构成的，由于忽

5、略了摆动中受到的阻力作用、摆线的质量、摆球的大小等次要因素的影响，是一个典型的理想化物理模型。同样秋千也有以上次要因素的影响，排除以上的次要因素，在这里可与单摆模型进行类比，将秋千抽象为单摆。这样就建立了秋千的物理模型——单摆。下面用物理模型解决实际问题。　　单摆的细线质量可以忽略，且是刚性的。系统质量集中在可视为质点的小球上。设摆长为L，小球质量为m，重力加速度为g，设摆角为θ。(如右图)由于运动轨迹是一条圆弧线，其沿弧线的切线方向的合力是回复力：F1=mgsinθ;摆线所在方向的合力充当了作圆周运动的向心力F2=

6、T-mgcosθ=mv2/L。问题1中，由于秋千下摆过程是将重力势能转化为动能的过程，当摆到最低点（平衡位置）时，动能最大，因此摆到最低点时具有最大速度。问题2，通过受力分析，由作圆弧运动的向心力F2=T-mgcosθ=mv2/L，得拉力T=mv2/Lmgcosθ，在摆动中，θ和v都是不断地变化着，且θ和v的大小变化步调是刚好相反，但mv2/l和mgcosθ的变化步调是一致的，要么都是增大，要么都是减小。同样当摆到最低点时，由于v是最大的，cosθ也是最大（θ最小）的，因而T也就最大，被拉断的可能性最大。问题3也就解

7、决了。假如还要研究为何秋千越荡越高？这就稍有些难度，是一个典型的受迫振动问题：一种情况是周期性外界力不断输送能量的受迫振动，；一种情况是在自由荡秋千时，由于身体的上下活动重力做功，为秋千输入了能量的受迫振动。可让感兴趣的学生作为一个专题进一步地去讨论，这里不再研究。　　通过上例的研究性学习来看，物理模型在探究与社会生活相关的各种现象和问题中起到了非常重要的作用。应用物理模型实质是学习者对科学研究的思维方式和研究方法的学习运用，培养学习者创新意识和实践能力。一般情况下，中学生只注重知识的学习，很少探究学习方法的正确与否

8、，更不能自觉地纠正一些不正确的学习方法。因此，对利用物理模型开展研究性学习，是培养良好学习方法不可缺少的重要途径之一　　研究性学习的形式有专题讨论、课题研究、方案设计、模拟实验、社会调查等，无论是以哪种形式进行研究性学习，均要坚持以学生为主体，教师为主导的原则，充分挖掘学生的主动参与和积极思维的意识,自觉地在学习中构建物理模型，然后运用物理模型