浅谈物理中的理想化方法

屈检花

【摘要】 为了培养学生多方面的能力，尤其是创造性能力，在研究问题的时候，往往抓住主要因素，忽略次要因素，建立理想模型、理想化过程、理想实验等。

【关键词】 理想化方法 物理

【中图分类号】 G633.7

【文献标识码】 A

【文章编号】 1992-7711（2020）02-150-010

物理教学中实施素质教育的目标是培养学生多方面的能力，如操作能力、观察能力、推理和类比的能力、归纳和演绎能力、查阅资料和使用工具能力、逻辑思维能力、创造性能力等。而创造性能力的培养是核心，创造性能力的培养离不开科学方法的教育，我们物理教学中的理想化方法就科学方法之一。在研究物理过程中，往往要由于过程的影响因素比较多，要发现过程中的本质及规律不容易，或者是不可能的，因此我们需对整个过程中的某一部分进行假设而建立过程简单化的理想模型，目的的抓住部题的主要的，本质的因素，舍弃其次要的、非本质的因素，变复杂条件的实际过程为简单的的理想化过程。这样，我们就可以透过事物的表面现象，比较容易地发现事物的本质及变化规律。物理学中的许多物理概念和物理定理、定律就是通过这样的方法建立起来的，所以，理想化方法是物理研究中广泛采用的理论思维方法之一，是一种科学的抽象。物理中的理想化方法主要体现在以下几个方面：

一、理想化实体物理模型

由于客观世界十分复杂，在研究问题的过程中就应该忽略次要因素、无关因素，从而简明扼要揭示事物的本质。例如，一列汽车由北京开往上海，由于汽车的大小和形状在与北京到上海的距离相比是微不足道的，在问题的研究中不起作用，所以可以把汽车看作是一个没有大小和形状的点。在物理学中我们把它叫做质点。实际上，学生很难一下子掌握这种理想化实体，他们普遍认为理想化实体就是近似，因此他们把对物体是否能看成质点的标准，那就是把质点等同于“小物体”，只要体积很小的物体就可以看成质点，体积大的物体不能看作质点。他们可能会犯这样的错误，一个小球可以看作质点，那么地球就不能看作质点。实际上在研究地球绕太阳公转的时候，可以把地球看作质点的，而在研究地球自转的时候是不能把地球看作质点的。如果把地球的自转看成一个质点，那是没有抓住主要因素。因为一个点是不能研究转动的。所以，理想化模型并不是简单的近似，而是一种科学的抽象。又如，在电学中研究电荷间的相互作用时，其作用力的大小受带电体的形状、大小、所带电荷量的多少、电荷的分布、电荷之间的相对位置及介质等诸多因素的影响，若不分主次的考虑各种因素，会感到无从下手，也无法得到最终的结果，在人类历史发展过程中，通过大量实验证明：随着电荷间距离的增大，带电体的形状、大小、电荷的分布等因素的影响逐渐减小，距离增加到一定程度时，起决定作用的就是电荷的电量和介质的介电常数，其形状、大小、电荷的分布等因素的影响逐渐减小，可忽略不计，从而建立起“点电荷”的理想模型。

理想气体也是一个理想化模型。它反映的是气体在压强趋近于零时的极限性质，它抓住了主要因素，略去了不同气体的个性，而表征着他们的共性。由此我们还建立了质点系、单摆、点电荷、试探电荷、匀强电场、磁场、薄透镜、理想变压器、点光源、光线等实体理想模型。这样使研究的问题简单化了，启示了创造理想实体的方法。

二、物理过程的理想化

在研究和探索事物的过程中为了便于发现其中本质和规律而建立的一种抽象的、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。如弹簧振子在往返运动中由于摩擦阻力的作用，它的振幅越来越来小，直到最后停下来。如果减小摩擦阻力，发现弹簧振子振幅减得慢一些，直到停下来需要的时间长一些。也就是说，随着摩擦力的减小，弹簧振子的振幅减得越慢，如果没有摩擦阻力，且不考虑弹簧振子自身振动时由机械能转化成内能的损失，那么弹簧振子将做等幅的简谐运动，且不会停下来。其实，运动过程中不可能没有摩擦力，而我们把它看成光滑的且没有内能损失是把过程理想化了。物理中匀速运动、匀变速运动、自由落体运动、匀速率圆运动、等温过程、等容过程、等压过程、恒定电流等都属于理想化过程。

三、理想化物理实验

在实验的基础上，抓住主要矛盾，忽略次要矛盾，根据逻辑推理法则，对过程进一步分析、推理，找出其规律。例如，物理教材中介绍了伽俐略斜面实验，这是一个理想实验：让小球沿凹槽的一个斜面从静止状态开始滚下，小球将滚到另一个斜面，如果没有摩擦，小球将上升到原来的高度。减小第二个斜面的倾角，小球在这个斜面上仍将达到同一高度，但这时它要滚得远些。继续减小第二个斜面的倾角，球达到同一高度时就会离得更远。于是他问道：若将第二个平面放平，球会滚动多远？结论显然是：球将永远滚动下去，却不再需要什么力去推动。这个理想实验为牛顿第一定律的产生奠定了基础，可见，理想化实验并不是脫离实际的主观臆想，它是以实践为基础，运用逻辑法则进一步揭示出客观现象和过程之间内在逻辑联系，并由此得出结论。因此，理想化实验是一个思想模型，这个模型隐藏的方法启发人们认识了惯性定律，甚至相对论、量子理论的建立都离不开理想化实验。

总之，在物理研究过程中，采用理想化方法能使问题变得简单化，能更好培养学生的创造性能力。

[ 参  考  文  献 ]

[1]热学教程作者：黄淑清聂宜如申先甲.