中学物理中的理想化方法

摘 要：理想化方法是中学物理中重要的研究方法，核心内容是舍弃次要的，非本质因素，抓住主要因素。从而使所研究的问题简单明了，便于分析和研究。在中学物理里面主要体现在四个方面，理想化物理模型、理想化物理过程、理想化实验、和理想化条件。

关键词：理想化方法；理想化物理模型；理想化实验；理想化条件

中图分类号：G632 文献标识码：B 文章编号：1002-7661（2013）17-100-01

理想化方法是指舍弃次要非本质因素，突出主要因素，对现实进行高度抽象和概括的处理方法。在中学物理学习中有着重要的意义。

人们对物理现象进行研究时，经常会发现要研究对象的一些性质对过程及其最终结果具有决定性的影响，而另外的一些性质则只起次要的、非决定性作用。这时就可以在观察和实验的基础上，运用抽象思维能力，抓住主要因素，忽略次要因素，使研究对象形式化、纯粹化，这就是理想化的方法。

各种形式的物理现象处于广泛的联系之中，物理研究对象受很多因素的影响，在一定条件下利用理想化方法可以把次要因素撇开，抓住它的主要因素。从而化繁为简，抓住事物的本质，使物理问题更加简单明了。理想化方法来源于人们对物理运动的研究的实践，是以物理真相的相对性和人们对事物认识的阶段性为基础的。它的具体应用，决定于研究对象的实际情况，受特定的研究范围和条件的制约。例如，物体处于永恒的运动中，但在一定条件下又可以把它看作是“静止的”；又如在一般研究人造卫星绕地球运动情况时，就不必考虑二物体自身运动问题（例如地球的自转）。在具体问题中，应该考虑什么因素，舍弃什么因素，是随研究对象的实际情况、研究范围的改变而改变的。例如大炮发射炮弹，如果只研究炮弹的运动轨迹，可以把炮弹当作质点来处理；如果要研究炮弹如何击穿钢板、钢板和炮弹的弹性塑性都必须进行考虑。

在中学物理学研究中，理想化方法被广泛应用。它的主要作用反映在以下几个方面。

一、理想化物理模型

在物理研究中，有些研究对象的范围和条件很接近理想状态，将研究对象理想化，建立理想化模型，从而使整个过程和现象更加纯粹简单，由此总结出的特性和规律与客观实际较为接近，而误差在具体应用中可以忽略。中学物理里面质点、理想气体、理想流体、点电荷等都是理想化模型的典型例子。通过这些理想化物理模型，是我们能够尽快地抓住物理现象的实质进行研究和学习。牛顿在万有引力定律的发现过程中把太阳、行星、地球、月亮以及地球都简化为质点来看待，从而使复杂的数学运算变得相对简单，这是理想化物理模型在物理研究中的成功应用的典范。

二、理想化物理过程

物理现象在具体物理过程中才能得以呈现。对一些比较复杂的物理过程，存在许多因素和联系。若都加以考虑就会难以甚至无法对问题进行全面综合的研究。为了深入考察研究对象的内部过程，就要让研究对象主要的、基本的过程充分暴露出来，建立理想化物理过程，这样做对于深刻地认识所研究的对象往往十分重要，因为它更接近纯粹的原型。例如卡诺为了解决蒸汽机效率最高问题，设想了服从理想的卡诺循环的蒸汽机，它与真实的蒸汽机有明显的差异，在现实中根本不存在，但通过对理想化蒸汽机的研究，卡诺深刻地概括抽象出真实热机的本质特性，简单而明确地阐述了热机效率的极值问题。此外，中学物理中匀速直线运动、自由落体运动、简谐运动等都是对运动过程理想化的典型例子。

三、理想化实验

理想化实验是在物理学研究中，运用理想化方法在头脑中进行的假想性实验。实质上是理想化方法进行的逻辑推理过程，例如中学物理中提到的经典的理想实验----伽利略的理想实验，通过理想实验的方法揭示了惯性定律。

一些物理现象，由于受实验条件所限，无法直接验证，需要先进行实验，再进行合理推理得出正确结论。实验推理法以大量事实为基础，以实验为原形，进行合理的推想，得出结论，达到认识事物本质的目的。理想实验在中学物理的理论研究中有重要的作用。例如在研究牛顿管中的不同质量的物体的自由落体运动时，抽出管中的部分气体后，不同质量的物体下落时间趋向一致，空气抽掉的越多，管内越接近于真空，物体下落时间越接近。但是由于实验条件的限制，不可能真正实现管内完全真空。这时就可以用理想实验进行合理推想，得出正确结论。即排除掉空气阻力的影响，不同质量物体自由下落的加速度都相同。

四、理想化条件

中学物理所研究的各种物理现象都有具体存在的条件，而实际的条件往往比较复杂，按照理想化的方法，我们可以对物理条件进行理想化处理。比如一个物体在摩擦力很小的平面上运动，我们把就可以条件理想化为光滑平面，实现物理条件理想化。又如在共点力的平衡问题中经常用到的条件“物体缓慢移动”，可以理想化为物体每一时刻都静止，每一时刻都处于平衡状态。物理条件的理想化往往是我们分析解决问题的关键。

理想化方法在中学物理学习中有着重要的意义，可以说整个中学物理离不开这种方法，一个具体的物理事物虽然直观，但是这种物理事物的各种现象和过程往往掩盖事物的本质。用理想化方法进行研究所揭示的特性和规律，只能以抽象的形式出现，虽然它离具体的事物远了，但离真理近了。惯性定律就是从具体的事实通过理想化方法抽象出来的，它离开的只是具体的事实，但深刻揭示了事物的本质属性。正如量子力学的奠基人普朗克说：“物理世界观之愈益远离感性世界无非就是与现实世界愈益接近。”

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