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建立物理模型的几种常见方法

时间:2023-07-18 理论教育 版权反馈
【摘要】:近似方法近似方法指分析比较影响事物性质、变化规律的各种因素,舍弃次要因素,抓住主要因素建立物理模型。解决该问题时,必须舍弃次要因素——空气阻力的影响,建立相应的物理模型。炸弹同时参与竖直方向的自由落体运动和水平方向的匀速直线运动。如质点模型是在一定条件下,撇开实际物体的大小、形状,抓住物体的质量这一特征而应用抽象方法建立的。

建立物理模型的几种常见方法

(1)近似方法

近似方法指分析比较影响事物性质、变化规律的各种因素,舍弃次要因素,抓住主要因素建立物理模型。如各种抛体运动模型,是在舍弃次要因素空气阻力影响的基础上建立的;均匀重力场模型,是在考虑重力加速度g随高度的变化非常微小的基础上建立的。研究一些实际问题时,我们也常常应用近似的方法建立模型。

例:一架老式飞机在高出地面H的高度,以速度v水平飞行,为了使飞机上投下的炸弹落在指定的目标上,应该在距离轰炸目标多远的地方投弹?

解决该问题时,必须舍弃次要因素——空气阻力的影响,建立相应的物理模型。由于炸弹从水平飞行的飞机上落下,再离开飞机时具有与飞机相同的水平速度,因而可把炸弹近似看成做平抛物体运动。炸弹同时参与竖直方向的自由落体运动和水平方向的匀速直线运动。轰炸目标在地面上,炸弹落到地面所用的时间t是由竖直方向的运动决定的,在时间t内,如果炸弹在水平方向通过的距离等于飞机投弹时离目标的水平距离,即可命中目标。

(2)具象方法

所谓具象方法建立模型是指使用人们熟悉的、可视的几何图线刻画抽象的物理理论,图线的特征及空间位置关系反映对象的本质特征。如:力的示意图,物体运动的速度—时间图象、位移—时间图象、电场线磁感线等。

(3)分析和推理

分析和推理建立模型指从有关物理学概念、规律出发通过逻辑演绎建立物理模型。运用此方法时,首要是形成清晰的物理情景,明确系统的物理结构、过程的特点及其变化特征,然后再考虑应用什么概念和规律求解。(www.xing528.com)

(4)类比法

类比指根据两个对象某方面的相似或共性把一个对象的属性迁移到另一个对象上去,使解决问题的思路得以明朗。

(5)假设方法

假设方法建模指在物理事物的真相比较隐蔽或还不清楚时,为了从根本上揭示事物和现象的本质,依据一定的理论和事实建立物理模型。这个模型能说明已有实验事实,能预测可能出现的结果。如:玻尔针对卢瑟福原子模型与经典电磁理论间的矛盾,建立玻尔原子模型。假设建模从本质上看是对掌握资料的不完全归纳和物质世界秩序的直觉和信念,因此建立的模型需要接受实验的检验。

(6)抽象与概括

抽象与概括是指撇开物理事件中的各种无关因素,抓住其中起支配和决定作用的本质因素,即事物的“灵魂”,从而建立物理模型。如质点模型是在一定条件下,撇开实际物体的大小、形状,抓住物体的质量这一特征而应用抽象方法建立的。

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