導(dǎo)語：高中物理近似方法研究一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：以理想化模型為代表的近似方法在高中物理中有著相當(dāng)重要的應(yīng)用。本文立足于物理學(xué)基本理論與日常學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)，從物理概念中所滲透的近似方法入手，討論了近似方法在高中物理解題過程和高中物理實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用，從而為近似方法的應(yīng)用提供有益的建議。

關(guān)鍵詞：高中物理；近似；理想化模型

1引言

“近似”是物理學(xué)分析與研究中的一種重要的近似方法。近似即將性質(zhì)，特征等屬性相近的多種物質(zhì)視為一種物質(zhì)，以簡化物理學(xué)模型，縮小計(jì)算量，是物理學(xué)中的一種代表性的計(jì)算方法。物理學(xué)中的近似主要表現(xiàn)在理想化模型之中，通過將一種實(shí)際現(xiàn)象剝繭抽絲，把現(xiàn)象中的本質(zhì)提取出來，同典型的物理概念相匹配，從而建立理想化的物理模型，達(dá)到縮小計(jì)算量的目的。同時(shí)在近似成理想模型的過程中，應(yīng)當(dāng)注意近似方法的合理性，使用負(fù)荷特性的理想化模型代替實(shí)際現(xiàn)象，注意控制誤差的范圍。

2物理概念中所滲透的近似方法

以理想化模型為代表的“近似”方法在高中物理中有著相當(dāng)重要的應(yīng)用。將生活中遇到的復(fù)雜物理學(xué)問題通過提取特征等方法總結(jié)成單純的物理學(xué)表述，忽略對問題影響較小的因素，例如溫度變化，外觀特征，空氣阻力等，就能轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的理想化模型。例如質(zhì)點(diǎn)模型（重點(diǎn)研究物質(zhì)運(yùn)動）、點(diǎn)電荷模型（重點(diǎn)研究物質(zhì)在電場中的運(yùn)動與受力）、理想氣體（重點(diǎn)研究氣體的物理性質(zhì)變化）等?，F(xiàn)實(shí)生活中并不存在理想化模型，但理想化模型卻能幫助我們解決先殺死生活中的物理學(xué)問題。這個(gè)原因可以用馬克思逐一基本原理中矛盾分析法解釋：物質(zhì)的矛盾分為主要矛盾與次要矛盾，主要矛盾決定了物質(zhì)的性質(zhì)與運(yùn)動變化。理想化模型就是主要矛盾的集合體。運(yùn)用理想化模型這樣的近似方法，就可以將物理問題中的無關(guān)項(xiàng)忽略，重點(diǎn)研究目標(biāo)物理量的變化。自由落體運(yùn)動要求滿足的條件是“物體始狀態(tài)為靜止態(tài)，在只有重力的作用下垂直方向運(yùn)動”。自然界幾乎沒有可以滿足這樣條件的運(yùn)動。這就給自由落體運(yùn)動的研究帶來了困難。因此我們使用近似方法，以“物體始狀態(tài)為靜止態(tài)，除重力之外可以忽略其他作用力的垂直方向運(yùn)動”為定義，構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)化模型，從而使研究的范圍廣泛化。另一個(gè)近似的例子是存在于研究單擺往復(fù)運(yùn)動中，根據(jù)幾何學(xué)定律，擺動角很小的情況下，弧長近似等于弦長。因此在物理學(xué)上可以將單擺往復(fù)運(yùn)動近似為簡諧運(yùn)動，通過簡諧運(yùn)動的標(biāo)準(zhǔn)化模型簡化單擺運(yùn)動問題。

3注意近似方法使用上的合理性

近似方法最核心的要素就是忽略對計(jì)算結(jié)果幾乎沒有影響條件。也就是近似需要合理化。例如在處理地球公轉(zhuǎn)運(yùn)動時(shí)，近似的將地球公轉(zhuǎn)運(yùn)動看作是勻速圓周運(yùn)動，這樣近似的原因有以下幾點(diǎn)：首先，開普勒行星運(yùn)動第一定律顯示地球公轉(zhuǎn)運(yùn)動是一個(gè)橢圓軌道，而這個(gè)橢圓軌道與圓幾乎沒有差別，因此可以用圓形軌道來表示地球公轉(zhuǎn)軌道。其次，在計(jì)算地球公轉(zhuǎn)軌道時(shí)我們主要依據(jù)太陽施加給地球的引力，但是忽略了除了太陽之外的例如月球等行星與衛(wèi)星對地球的作用力。因?yàn)橄鄬τ谔杹碚f，其他星體的作用力小到可以忽略。最后，地球圓周運(yùn)動的中心——太陽的位置并不是一成不變的，太陽也圍繞著另一個(gè)引力點(diǎn)在做類圓周運(yùn)動，但是這個(gè)類圓周運(yùn)動由于太陽的質(zhì)量大導(dǎo)致加速度較小，運(yùn)動緩慢，因此在計(jì)算過程中可以視作太陽位置恒定。從地球公轉(zhuǎn)運(yùn)動的近似處理中我們可以看到，近似雖然可以起到構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)化模型，簡化計(jì)算量的目的，但是每一項(xiàng)近似都必須有相應(yīng)的依據(jù)，不能將阻礙計(jì)算的問題全部近似化。

4近似方法在解題上的運(yùn)用

近似方法在高中物理計(jì)算中也有著較為重要的作用，作者根據(jù)日常學(xué)習(xí)中的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)了近似方法在兩個(gè)方面的應(yīng)用。第一是在物理模型構(gòu)建方面的應(yīng)用。在一些計(jì)算題中，出題人通常設(shè)置一些可以忽略的條件，例如忽略空氣阻力，完全光滑的平面（不計(jì)摩擦力）等等，在能量守恒中也有很多近似，例如忽略摩擦力做功等。在電學(xué)問題中，忽略電壓表電流表等儀器的電阻。第二是在計(jì)算方法上的近似，包括使用公式，定理是兩個(gè)量之間的互相替換或者直接忽略一個(gè)較小量。例如，題目中經(jīng)常出現(xiàn)的“最大靜摩擦力等于滑動摩擦力”，實(shí)際上最大靜摩擦力是大于滑動摩擦力的，但是由于相差很小，可以相互替換。還有的計(jì)算題中為了能利用公式，使計(jì)算過程方便簡化，令sin0°=tan0°=0.更為常見的是在計(jì)算過程中估算或忽略小數(shù)點(diǎn)后幾位數(shù)字。這樣的方法常見于天體運(yùn)動類的題型中計(jì)算天體運(yùn)動軌道，天體質(zhì)量等。

5高中物理實(shí)驗(yàn)中的近似方法

近似在實(shí)驗(yàn)中的主要用途是減小或消除實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)不完善，條件限制所產(chǎn)生的實(shí)驗(yàn)誤差。高中物理實(shí)驗(yàn)不是一種精確度很高的實(shí)驗(yàn)，由于實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)條件等制約因素，在實(shí)驗(yàn)過程中產(chǎn)生誤差是不可避免的。一些誤差可以通過計(jì)算等手段避免，另一些只能通過近似使誤差減小。例如在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中需要將木板的摩擦力消除，因?yàn)閺膶?shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)上來說小車與木板之間的摩擦力是滑動摩擦力，但在實(shí)際操作中產(chǎn)生的摩擦力包括滾動摩擦力，打點(diǎn)器的摩擦力等，需要使用“平衡摩擦力”的方法將其消除。在“油膜法測定分子體積”實(shí)驗(yàn)中也存在許多近似方法的應(yīng)用，包括視油膜為一層單分子，忽略分子間的距離等。

6結(jié)語

從近似處理的應(yīng)用中，我們可以感受到抽象化物理學(xué)過程是一種可以幫助我們更加清晰明白的發(fā)現(xiàn)物理學(xué)實(shí)質(zhì)的研究方法。高中物理中的近似與其說是一種方法，不如說是一種科學(xué)思想。它不僅蘊(yùn)含著物理學(xué)的基本理論，而且滲透著馬克思主義方法論的思想。發(fā)現(xiàn)事物之間的聯(lián)系與矛盾，抓住主要矛盾，使用物理方法分析探究，將復(fù)雜的問題簡單化，借此認(rèn)識到物理問題的本質(zhì)。如果不能對物質(zhì)的性質(zhì)特點(diǎn)有一個(gè)準(zhǔn)確地把握，近似就會造成更大的誤差。在高中課本中的三大牛頓定律就是相對論在正常尺度范圍，低速范圍，忽略物質(zhì)之間引力的條件下的近似。由此推理，可能如今的相對論也是更高級別的物理定律的近似。由此可見，近似方法已經(jīng)滲透到了物理學(xué)的方方面面。

參考文獻(xiàn)

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作者:肖帛軒 單位:河北省保定市第一中學(xué)