物理實驗中的摸擬法

　　模擬法是通過設計與原型（自然現(xiàn)象或過程）相似的模型，并利用該模型來間接地研究原型規(guī)律的方法。它隨著生產(chǎn)和科學技術的發(fā)展而發(fā)展，是人類認識世界和改造世界最基礎的方法之一。此法應用于物理教學可使事過境遷或稍縱即逝的自然現(xiàn)象或過程在實驗室重視，可將現(xiàn)象簡化或進行時空的放大、縮小，可對那些既不能打開，又不能從外部直接觀察其內(nèi)部狀態(tài)的系統(tǒng)進行研究。特別是解決那些尚無簡單有效的儀器可演示的實驗，模擬法則成了一種重要的輔助手段。

　　物理實驗中的模擬法，根據(jù)其特點主要主功能，并結合本人教學實踐，分為以下四類。

一、 對象模擬

　　用放大或縮小了的，相似的，而又能反映事物某方面規(guī)律的客觀實體來代替研究對象的方法叫對象模擬。

　　對象模擬的設計思想主要在于下述兩種情況：其一是為了突出客觀實體的主要矛盾和本質特征，摒棄次要的非本質因素，使研究對象從客觀實體中直接抽象出來。如物理中的多種理想模型，以及天體運動模型，微觀結構等幾何相似模型。在研究二極管的單向導電性時，我在實驗基礎上，運用對象模擬法，用自行車氣門和進水閥門來模擬單向門。如此，不但加深對“單向性”的認識，而且激發(fā)了興趣，開闊了思路。其二是為了解釋某些行為和特征而建立起來的模擬。如地球因自轉而產(chǎn)生的科里奧利力比較抽象，在地理課中亦有提及。我們不妨取一只舊的橡皮藍球（或地球儀）來模擬地球自轉，然后將紅墨水從上往下滴落在轉動的“地球”表面。此時即可明顯看到水痕西邊呈擴散狀，從而令人信服的說明北半球南流沖刷西岸這一自然現(xiàn)象。

二、 物理相似模擬

　　在科學研究和工程技術的許多領域中，人們常常希望利用模擬試驗來代替對實際現(xiàn)象的研究，以便使我們可能在一定程度上預言某些在目前尚無法達到的條件下出現(xiàn)的情況。例如用水代替石油研究其在管道中的運動，把設計好的收音機縮小成模型放在風洞中試驗其特性等。其特點即模擬與原型遵循同樣的物理規(guī)律，故稱為物理相似模擬。

　　物理實驗教學中的“失重和超重模擬實驗”，“蘿卜”馬德堡半球，帕斯卡裂桶，用帶電的肥皂泡在豎直電場中的平衡進行“密立根油滴實驗”的模擬，以及十分壯觀的“可樂瓶水火箭”等，均是物理相似模擬的范例。

　　海市蜃樓是一種罕見的自然現(xiàn)象，教學中一般只作介紹，至多不過看看錄像，不能滿足學生的好奇心和求知欲，如果能在實驗室加以模擬，則不僅可激發(fā)學生探求自然奧秘的濃厚興趣，還可加深對有關知識的理解。首先，我們可以在三面透明的玻璃箱中放入若干白糖而不加攪拌，使糖水造成折射率隨深度而變化，而最大折射率出現(xiàn)在含糖較多的容器底部，以此來模擬大氣折射率隨高度而變化。（如圖1）當用氦氖激光光束從側面射入此溶液時，即可看到光束彎曲現(xiàn)象。然后再如圖2作海市蜃樓模擬，使之起到突破時空限制，重視自然奇景之目的。圖2中（1）液化汽灶，（2）鐵板帶沙，（3）半透明紙，（4）臺燈，（5）小景物，（6）蜃景。

三、 過程模擬

　　把具體物理過程純粹化、理想化，并根據(jù)其本質特征而設計的一種模擬叫過程模擬。其特點是過程簡化，易于控制。

　　氣體壓強的分子運動論觀點，通常采用雨滴打傘面來類比。這種大量分子對器壁連續(xù)碰撞的過程，如果用豆（或沙）落在平衡天平一端倒扣著的托盤底上的現(xiàn)象來模擬，就顯得直觀生動了。布朗運動的模擬，伽爾頓板，裝有鐵屑的試管模擬鐵棒的磁化和退磁等都是過程模擬的成功例子。

　　電子技術中半導體的導電機理，電子運動易理解，空穴導電則抽象，課堂教學中如用“空位置”的運動來作一現(xiàn)場過程模擬，無疑會使學生茅塞頓開。分析曲線運動的思想方法——運動的分解和合成是個難點，我以平拋運動為突破口，在演示有關實驗后，用“慢鏡頭”的方法，手持粉筆頭邊走（模擬水平勻速直線運動）邊沿自身前方，從上向下加速下移，以此模擬平拋運動，

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