物理现象与模型的关联性与物理问题解决，本文主要内容关键词为：物理论文,关联性论文,模型论文,现象论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
绝大部分物理学是从现象中来的，现象是物理学的根源。从现象到物理问题的解决，必然要越过中间的“跨度”，要越过跨度，在二者之间寻求某种“关联”，因模型依存在现象之中，寻找关联的过程就是借助思维特别是理性思维构建模型的过程，构建模型是研究物理现象的基本观点。在解决问题的过程中，有的物理现象中的模型显而易见，有的现象只是对物理情景的描述，模型隐含在现象中，甚至其中的已知量和未知量也需要自己去抽象和设置，这类问题即所谓的“原始物理问题”，它是自然界及社会生活中客观存在且未被加工的物理问题。从物理现象到物理问题的解决，中间需要考虑如下问题：对物理现象进行分解、简化、抽象，使现象中的物理模型和数学模型得以清晰化，然后运用物理模型和数学模型的相关知识去分析，予以解释或解决，这是物理研究和解决问题的基本思路。
现通过对几道物理试题的解析，来说明物理现象与模型的关联性，以及怎样运用这种关联性求解物理问题。
你认为这个结果正确吗？请对该解法作出评价并说明理由。
(2)若将图A中的细线
改为长度相同、质量不计的轻弹簧，如图1中的图B所示，其他条件不变，求解的步骤和结果与(1)完全相同，即a=gtanθ，你认为这个结果正确吗？请说明理由。
解析：中学物理有许多实体物质模型如质点、斜面、轻质弹簧、轻绳、轻杆、单摆、子弹打木块等。
此题包含了轻质弹簧、轻绳模型。(1)错。因涉及它们产生的弹力在瞬间是否发生突变的问题。因为
被剪断的瞬间，上的张力大小发生了变化。此后物体将做圆周运动，所以应运用圆周运动相关知识求解，即
，所以a=gsinθ。(2)对。因为被剪断的瞬间，弹簧的长度未及发生变化，弹力大小和方向都不变。
例2 如图2所示，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，则升降机在从弹簧下端触地后直到最低点的一段运动过程中( )。
图2
A.升降机的速度不断减小
B.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速度的值
解析：物理过程模型有匀速直线运动、匀加速直线运动、圆周运动、平抛运动、简谐运动、碰撞等，这些物理模型是组成中学物理问题的基本元素，再复杂的物理过程都可以由一个或几个小的物理模型构成。
本题答案是CD。此题的物理模型是弹簧振子的简谐运动。此题难点是D选项的判断，从弹簧下端触地后直到最低点的一段运动过程可看成简谐运动中的部分过程。升降机从平衡位置的上面降落到下面最低位置速度为零，则升降机的速度先增大后减小，加速度先减小后增大，故A、B错。在平衡位置的上面弹力总小于重力，平衡位置的下面弹力总大于重力，故C对。从弹簧下端触地时升降机的速度不为零，而加速度已为重力加速度，但不是最大；升降机到最低点时的速度为零，由简谐运动的规律及对称性，此时加速度应为最大，故D对。
例3 如图3，一半径为R的光滑绝缘半球面开口向下，固定在水平面上。整个空间存在匀强磁场，磁感应强度方向竖直向下。一电荷量为g(q＞0)，质量为m的小球P在球面上做水平的匀速圆周运动，圆心为O'。球心O到该圆周上任一点的连线与竖直方向的夹角为
。为了使小球能够在该圆周上运动，求磁感应强度大小的最小值及小球P相应的速率。重力加速度为g。
图3
解析：数学和物理的关系是非常紧密的。数学在解决物理问题中起着非常重要的作用，正确的数学模型对问题的解决至关重要。常用的数学模型有一元二次方程的判别式法、函数的极值、几何图形的最短距离等等，但数学模型的建立不能凭空想象，必须在物理知识的指导下进行。只有将两者有机地结合起来，才能顺利地解决问题。
解析：在此题中难以直接抽象出学过的物理模型，但并不意味着可以否定物理现象与模型的关联性。我们可以根据已知的经验、事实、方法，对面临的问题，通过等效、类比、假设等方法，建构出对应的物理模型，从而找到新的解题途径。
图5
例5 自动称米机已在许多粮店被广泛应用，买者认为：因为米流到容器时有向下的冲力而不划算；卖者认为：当预定米的数量满足时，自动装置即刻切断米流，此刻尚有一些米仍在空中，这些米是多给买者的，两者的说法听起来都有道理，那么你认为呢？从理论上论证你的观点。
解析：对信息庞杂、客观真实的原始问题，需要经过分解、简化、抽象等思维过程，使现象中的物理模型清晰、明朗化，然后检索所学知识进行解答。
首先要了解一般称的称量原理，即称的读数实际上是外界对称盘的作用力。在本题中，若切断米流时，米对称盘的总作用力等于最终秤盘内所有米的重力，则自动称米机就是公平的，否则买方和卖方总有一方吃了亏，另一方占了便宜。
由以上实例可以看出，物理现象中的模型既包括实体模型、过程模型、数学模型等实际存在的模型，也包括实际上不存在，但可以通过等效、类比、虚拟假设等方法而构建的模型。可以说，物理现象总是与特定的模型相对应，体现出现象与模型的关联性。因此，寻找这种关联性，构建相应的模型是问题解决的关键。有的问题经过了初步的加工，其中的模型显而易见，但对原始物理问题，要善于对现象进行分解、简化、抽象，使现象中的物理模型和数学模型得以清晰化，然后运用物理模型和数学模型的相关知识去分析。