2。2。 物理模型的分类
在物理学的研究学习中,无论是解决怎么样的物理问题,最关键的是要明确四个方面的问题,第一,学习和研究的对象是什么?第二,学习和研究的对象处在何种条件下?第三,学习和研究的对象处于什么状态?第四,学习和研究的对象的状态是如何变化的,即所谓的物理过程是怎么样的?基于以上四点,物理模型可以分为四类:实体模型、条件模型、状态模型和过程模型。
2。2。1。 实体物理模型
实体物理模型主要是对研究对象进行理想化,可以分为三类:论文网
第一,物质模型。这种模型建立在客观实体的基础上,是根据所讨论的物理问题的性质和研究问题的需要把客观实体理想化,其原型是实际存在的客体,是不依赖人的主观意识而存在的。其任务是反映事物的表象、要素和性质,确定研究的对象是什么,比如实际的固体在受力作用时总是要发生或大或小的形状和体积的改变,但是当研究一个固体的运动时,这种形状和体积的改变可以忽略,我们就可以把这个固体当作刚体处理。也就是说刚体是受力时不改变形状和体积的物理。如果研究的对象是流体,则有理想流体;研究的对象是气体,则有理想气体;研究对象是带电体,则有点电荷等物质模型。
第二,系统模型。系统在物理学中泛指相互作用的物体的全体,它的根本特征就是把原型当作一个普遍联系、相互作用的有机整体,它把研究单个实体转向因素众多的整体系统,如“力学系统”、“保守力系统”、“热力学系统”等等。系统模型可以使我们在研究某些物体间的相互作用时,忽视其他物体对它们的影响。
第三,结构模型。结构模型是物理学研究时涉及到的有关物理量在空间分布的情景时建立起来的模型。在研究复杂问题时,涉及到多个要素,尽管要素是构成系统的物质基础,但最终支配这些要素,决定系统的特性的是系统的整体结构。如卢瑟福原子模型就是属于结构模型,在原子模型建立上,J·J汤姆逊的“葡萄干面包”模型与卢瑟福的行星模型,两者在原子的组成成分上都是带正点的粒子与带负电的电子,并没有什么区别,仅仅是对它们的结构的处理的不同,就构成了两种迥然不同的模型。其他如线路图、电场线、磁场线。等势面等也都是结构模型
2。2。2。 条件物理模型
研究物理对象所处的环境,分析物理环境中所包含的条件,针对具体的物理问题,抓住主要影响物理对象运动的物理条件的特征,对其进行理想化处理而构建的模型,即条件物理模型。条件物理模型在物理问题解决过程中有着非常重要的作用,例如在平面运动的物体,如果物体受到的摩擦力远远小于外力时,可以忽略摩擦力的作用,此时物体所处的平面就可以视为光滑平面,光滑平面在高中物理中是一个常见的条件物理模型。除了光滑平面,高中物理教学中常见的条件物理模型还有轻杆、轻绳、绝热容器、稳定电压等。
2。2。3。 状态物理模型
物理学是一门定量的学科。因此在物理学研究中,不但要有实体物理模型,还广泛地运用能在数量上表现实体模型的运动变化,即实体所处状态的状态模型。状态模型主要是用状态参量描写实体模型所处的状态。一个状态往往是由几个状态参量的集合来表征的,如运动学中的匀变速直线运动是由位移、速度、时间三个参量描写的;理想气体状态是用压强、体积、温度三个参量描写的等等。如此,在确定了物体所处的状态后,我们就可以确定一组参量来描写所研究模型的状态。状态物理模型的确定物理现象的定量描述成为可能。