学习普通物理有效方法的研究探讨

何开棘 金远航 杜念择

【摘 要】工科的大学生学好普通物理，除了要求具有一定的数学基础外，还要学会对物理情景的构建，物理模型的刻画，具备了这两种能力，对于分析解决物理问题将事半功倍，另外对后续专业课程的学习也会有很大的帮助。

【关键词】物理情景；物理模型；分析分解

《普通物理学》是工科大学生必修的一门基础课，它是研究物质最普遍、最基本运动形式的基本规律的一门学科，物理知识大致可分为力学、电磁学、热学、光学等几个模块，每个模块之间均存在一定的逻辑关系，并且与后续课程学习密切相关。然而对于初学者来说普遍认为比较难学，难就难在物理概念不清楚，不能很好地将物理和数学思想很好地结合在一起。实际上普通物理是一门实验的科学，一门与数学密切相联的课程，学好普通物理除了具有较好的数学基础外，还要注意物理情景的构建、物理模型的刻画及物理过程的分解分析。

1、构建物理问题的物理情景是学好普通物理的基础

在研究和探索事物规律的过程中为了便于发现其中本质和属性，需要建立一种抽象的理想的事物形态，是对某些事物中所包含的本质及规律采用逐步逼近的描述方法，这就是我们所谓的构建物理情景。在这个过程中，在物理问题中提取主要信息，对这些信息进行详细全面的解读，去伪存真，注意抓住事物的本质。例如，在研究行星绕太阳公转运动的时候，考虑到地球半径，地球到太阳的距离是 地球到太阳的距离远远大于地球本身的半径，所以我们可以在研究行星绕太阳运动规律时把问题简化，看成质点的运动；我们在研究地球表面上物体运动规律时，各点绕地轴旋转的半径不同，则不可把地球看作质点。当我们研究斜抛运动物体的动力学规律时，首先要弄清是低速还是高速运动物体，若是低速运动完全可以忽略空气阻力的影响，从而得出了斜抛运动的一般规律；但如果是研究具体的高速运动子弹的射程问题时，其所受的空气阻力就不能忽略不计了，这时就必须对理想抛体的运动方程进行修正，从而得出更符合客观实际的结论。因此，在解决具体的物理问题时，要注意构建合理的理想情景，使得到的结论更好地符合客观实际。

2、建立理想物理模型是学好普通物理的关键

著名物理学大师开尔文曾说过：“在没有给研究对象建立起一个力学模型之前，我是永远都不会满足的；如果我能成功地建立起一个模型。我就能理解它。否则我就不能。”这说明建立和应用物理模型是创立物理科学理论的有力武器。所谓理想模型，是为了研究物理问题的方便，在对物理现象做仔细观察和分析的基础上，根据其主要特点，撇开次要的、非本质的因素，抓住本质因素，从而建立一个易于研究、能反映研究对象的主要特征的新形象。建立理想模型的实质就是把复杂的问题转化为理想的简单问题来研究和处理，主要目的是有利于问题的研究。

理想模型可以简单分为对象模型、条件模型和过程模型三类。一是对象模型——用来代替研究对象实体的理想化模型，如质点、刚体、弹簧振子、理想气体、点电荷、点光源、密绕的长直螺线管以及关于原子结构的卢瑟福模型、波尔模型等都属于对象模型。 二是条件模型——把研究对象所处的外部条件理想化建立的模型叫做条件模型。如光滑表面、轻杆、轻绳、均匀介质、匀强电场和匀强磁场都属于条件模型。三是过程模型实际的物理过程都是诸多因素作用的结果，忽略次要因素的作用，只考虑主要因素引起的变化过程叫做过程模型，比如力学中弹性碰撞过程、热学中的准静态过程、卡诺循环等等。

3、对物理过程的分解分析是学好普通物理的核心问题

前面我们已经提到的构建物理情景和建立理想模型是物理学研究中的抽象与概括的基本方法，是物理规律和物理理论赖以建立和发展的基础，我们学习的目的是使用所学习的知识分析解决实际问题。因此，在利用其来研究解决物理问题时，必须先要认真选择好模型，再找出其研究对象的主要规律。另外注意对知识的深入理解和领会——明确物理定理和定律的内涵及外延，在头脑中建立一个完整而和谐的知识体系是必不可少的，物理学习的过程重在分析，比如分析一种运动，有时要借助图形，而且一些复杂运动根本无法用图形表示。这就需要在头脑中建立起物理情景，让物体“动”起来。熟练掌握一些经典的物理模型十分有助于分析题目，看清题目本质。分析具体的物理问题时，一般的我们要把问题进行分解，把一个复杂的物理问题分解成几个简单过程或状态的的顺序叠加，找到每个过程或状态对应的物理模型和物理规律，从而来解决这个问题。比如经典力学里有这样一个问题：如图示长为l的匀质细杆，可绕过杆的一端O点的水平光滑固定轴转动，开始时静止于竖直位置.紧挨O点悬一单摆，轻质摆线的长度也是l，摆球质量为m.若单摆从水平位置由静止开始自由摆下，且摆球与细杆作完全弹性碰撞，碰撞后摆球正好静止.求： （1） 细杆的质量.（细杆相对o轴转动惯量为J=）（2） 细杆摆起的最大角度。

对于这个问题，我们就可以按着过程发生时间顺序构建物理情景建立对应的物理模型，依次分解为：首先是摆球自由下落过程，看成质点的机械能守恒的问题；然后是摆球与匀质细杆的碰撞过程，看成质点与刚体的弹性碰撞过程，遵循角动量守恒和机械能守恒定律；最后是细杆的向上摆动过程，看成刚体的机械能守恒问题，这样问题就很容易解决了。

4、结论

当我们能够把构建物理问题的物理情景、建立理想物理模型以及对物理过程的分解分析几个关键掌握好，充分认识和发挥它的积极作用，学好普通物理不是一件难事；另外有了这种思维方式以后，我们对其他的课程学习有会受益匪浅。