屈檢花

【摘要】 為了培養(yǎng)學(xué)生多方面的能力，尤其是創(chuàng)造性能力，在研究問(wèn)題的時(shí)候，往往抓住主要因素，忽略次要因素，建立理想模型、理想化過(guò)程、理想實(shí)驗(yàn)等。

【關(guān)鍵詞】 理想化方法 物理

【中圖分類號(hào)】 G633.7

【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】 A

【文章編號(hào)】 1992-7711（2020）02-150-010

物理教學(xué)中實(shí)施素質(zhì)教育的目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生多方面的能力，如操作能力、觀察能力、推理和類比的能力、歸納和演繹能力、查閱資料和使用工具能力、邏輯思維能力、創(chuàng)造性能力等。而創(chuàng)造性能力的培養(yǎng)是核心，創(chuàng)造性能力的培養(yǎng)離不開科學(xué)方法的教育，我們物理教學(xué)中的理想化方法就科學(xué)方法之一。在研究物理過(guò)程中，往往要由于過(guò)程的影響因素比較多，要發(fā)現(xiàn)過(guò)程中的本質(zhì)及規(guī)律不容易，或者是不可能的，因此我們需對(duì)整個(gè)過(guò)程中的某一部分進(jìn)行假設(shè)而建立過(guò)程簡(jiǎn)單化的理想模型，目的的抓住部題的主要的，本質(zhì)的因素，舍棄其次要的、非本質(zhì)的因素，變復(fù)雜條件的實(shí)際過(guò)程為簡(jiǎn)單的的理想化過(guò)程。這樣，我們就可以透過(guò)事物的表面現(xiàn)象，比較容易地發(fā)現(xiàn)事物的本質(zhì)及變化規(guī)律。物理學(xué)中的許多物理概念和物理定理、定律就是通過(guò)這樣的方法建立起來(lái)的，所以，理想化方法是物理研究中廣泛采用的理論思維方法之一，是一種科學(xué)的抽象。物理中的理想化方法主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

一、理想化實(shí)體物理模型

由于客觀世界十分復(fù)雜，在研究問(wèn)題的過(guò)程中就應(yīng)該忽略次要因素、無(wú)關(guān)因素，從而簡(jiǎn)明扼要揭示事物的本質(zhì)。例如，一列汽車由北京開往上海，由于汽車的大小和形狀在與北京到上海的距離相比是微不足道的，在問(wèn)題的研究中不起作用，所以可以把汽車看作是一個(gè)沒(méi)有大小和形狀的點(diǎn)。在物理學(xué)中我們把它叫做質(zhì)點(diǎn)。實(shí)際上，學(xué)生很難一下子掌握這種理想化實(shí)體，他們普遍認(rèn)為理想化實(shí)體就是近似，因此他們把對(duì)物體是否能看成質(zhì)點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)，那就是把質(zhì)點(diǎn)等同于“小物體”，只要體積很小的物體就可以看成質(zhì)點(diǎn)，體積大的物體不能看作質(zhì)點(diǎn)。他們可能會(huì)犯這樣的錯(cuò)誤，一個(gè)小球可以看作質(zhì)點(diǎn)，那么地球就不能看作質(zhì)點(diǎn)。實(shí)際上在研究地球繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)的時(shí)候，可以把地球看作質(zhì)點(diǎn)的，而在研究地球自轉(zhuǎn)的時(shí)候是不能把地球看作質(zhì)點(diǎn)的。如果把地球的自轉(zhuǎn)看成一個(gè)質(zhì)點(diǎn)，那是沒(méi)有抓住主要因素。因?yàn)橐粋€(gè)點(diǎn)是不能研究轉(zhuǎn)動(dòng)的。所以，理想化模型并不是簡(jiǎn)單的近似，而是一種科學(xué)的抽象。又如，在電學(xué)中研究電荷間的相互作用時(shí)，其作用力的大小受帶電體的形狀、大小、所帶電荷量的多少、電荷的分布、電荷之間的相對(duì)位置及介質(zhì)等諸多因素的影響，若不分主次的考慮各種因素，會(huì)感到無(wú)從下手，也無(wú)法得到最終的結(jié)果，在人類歷史發(fā)展過(guò)程中，通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)證明：隨著電荷間距離的增大，帶電體的形狀、大小、電荷的分布等因素的影響逐漸減小，距離增加到一定程度時(shí)，起決定作用的就是電荷的電量和介質(zhì)的介電常數(shù)，其形狀、大小、電荷的分布等因素的影響逐漸減小，可忽略不計(jì)，從而建立起“點(diǎn)電荷”的理想模型。

理想氣體也是一個(gè)理想化模型。它反映的是氣體在壓強(qiáng)趨近于零時(shí)的極限性質(zhì)，它抓住了主要因素，略去了不同氣體的個(gè)性，而表征著他們的共性。由此我們還建立了質(zhì)點(diǎn)系、單擺、點(diǎn)電荷、試探電荷、勻強(qiáng)電場(chǎng)、磁場(chǎng)、薄透鏡、理想變壓器、點(diǎn)光源、光線等實(shí)體理想模型。這樣使研究的問(wèn)題簡(jiǎn)單化了，啟示了創(chuàng)造理想實(shí)體的方法。

二、物理過(guò)程的理想化

在研究和探索事物的過(guò)程中為了便于發(fā)現(xiàn)其中本質(zhì)和規(guī)律而建立的一種抽象的、理想的事物形態(tài)，是對(duì)某些事物中所包含的本質(zhì)及規(guī)律采用逐步逼近的描述方法。如彈簧振子在往返運(yùn)動(dòng)中由于摩擦阻力的作用，它的振幅越來(lái)越來(lái)小，直到最后停下來(lái)。如果減小摩擦阻力，發(fā)現(xiàn)彈簧振子振幅減得慢一些，直到停下來(lái)需要的時(shí)間長(zhǎng)一些。也就是說(shuō)，隨著摩擦力的減小，彈簧振子的振幅減得越慢，如果沒(méi)有摩擦阻力，且不考慮彈簧振子自身振動(dòng)時(shí)由機(jī)械能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能的損失，那么彈簧振子將做等幅的簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，且不會(huì)停下來(lái)。其實(shí)，運(yùn)動(dòng)過(guò)程中不可能沒(méi)有摩擦力，而我們把它看成光滑的且沒(méi)有內(nèi)能損失是把過(guò)程理想化了。物理中勻速運(yùn)動(dòng)、勻變速運(yùn)動(dòng)、自由落體運(yùn)動(dòng)、勻速率圓運(yùn)動(dòng)、等溫過(guò)程、等容過(guò)程、等壓過(guò)程、恒定電流等都屬于理想化過(guò)程。

三、理想化物理實(shí)驗(yàn)

在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，抓住主要矛盾，忽略次要矛盾，根據(jù)邏輯推理法則，對(duì)過(guò)程進(jìn)一步分析、推理，找出其規(guī)律。例如，物理教材中介紹了伽俐略斜面實(shí)驗(yàn)，這是一個(gè)理想實(shí)驗(yàn)：讓小球沿凹槽的一個(gè)斜面從靜止?fàn)顟B(tài)開始滾下，小球?qū)L到另一個(gè)斜面，如果沒(méi)有摩擦，小球?qū)⑸仙皆瓉?lái)的高度。減小第二個(gè)斜面的傾角，小球在這個(gè)斜面上仍將達(dá)到同一高度，但這時(shí)它要滾得遠(yuǎn)些。繼續(xù)減小第二個(gè)斜面的傾角，球達(dá)到同一高度時(shí)就會(huì)離得更遠(yuǎn)。于是他問(wèn)道：若將第二個(gè)平面放平，球會(huì)滾動(dòng)多遠(yuǎn)？結(jié)論顯然是：球?qū)⒂肋h(yuǎn)滾動(dòng)下去，卻不再需要什么力去推動(dòng)。這個(gè)理想實(shí)驗(yàn)為牛頓第一定律的產(chǎn)生奠定了基礎(chǔ)，可見，理想化實(shí)驗(yàn)并不是脫離實(shí)際的主觀臆想，它是以實(shí)踐為基礎(chǔ)，運(yùn)用邏輯法則進(jìn)一步揭示出客觀現(xiàn)象和過(guò)程之間內(nèi)在邏輯聯(lián)系，并由此得出結(jié)論。因此，理想化實(shí)驗(yàn)是一個(gè)思想模型，這個(gè)模型隱藏的方法啟發(fā)人們認(rèn)識(shí)了慣性定律，甚至相對(duì)論、量子理論的建立都離不開理想化實(shí)驗(yàn)。

總之，在物理研究過(guò)程中，采用理想化方法能使問(wèn)題變得簡(jiǎn)單化，能更好培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性能力。

[ 參? 考? 文? 獻(xiàn) ]

[1]熱學(xué)教程作者：黃淑清聶宜如申先甲.