關于理想化方法在中學物理中的運用
張恒
摘要:理想化方法是中學物理教學法中特別重要的一種科學抽象的思維方法,文章闡述了什么是理想化方法以及理想化方法在中學物理教學中的運用,主要包括物理條件的理想化、理想化模型、理想化實驗。理想化方法對于中學物理的教學起到了很好的輔助作用,而且對于培養學生分析和解決問題的能力也有很大幫助。
關鍵詞:理想化方法理想模型理想實驗中學物理
理想化方法是中學物理教學法中特別重要的一種科學抽象的思維方法,而且理想化方法有時更能有效地反映自然界的規律,有必要使學生認識學習它們的必要性??v觀整個中學的物理教材, 其中所提到的理想化方法有三大基本的種類,其一是物理條件的理想化,其二是理想模型,其三是理想實驗。
一、物理條件的理想化
中學物理問題中遇到的物體是處在多個外在條件下的物體。這些外在條件中,有的是對物體的運動特點起著重要作用的,而有的卻是對研究這個物體沒有什么影響的。這種情況下我們就需要讓學生分析出哪些條件是必須考慮在內的、哪些條件是可以忽略不計的,然后在只考慮必要條件的基礎上做進一步的分析,最后解決這個物理問題。在中學物理練習題中,最常見的條件理想化是忽略摩擦力。例如“兩個物體接觸表面光滑”、“忽略一切摩擦阻力”、“不計空氣阻力”等等,這些給出的條件都說明忽略摩擦力是中學生解決物理問題時要經常留意的。在平常的教學中,我們要經常啟發學生采用這樣的方法,使實際問題簡單化,從而快速解決問題。
二、理想模型
理想模型就是指為了能方便地研究物體,在物體原來形狀的基礎之上,經過抽象的思維而設計出來的一個研究體。這個研究體是在綜合考慮和分析了全部問題之后,拋掉了原來物體的非主要因素,特別突出了原來物體中起主要作用的因素,所以這個研究體可以說是對原型的理想反映。理想模型不同于毫無依據的瞎想,它是從原型中抽象出來的,因此有它存在的客觀根據,它反映了客觀物體的主要屬性。
在理解和應用物理模型的時候,應注意每種模型都有一定的條件和范圍。把一個實際物體抽象成什么樣的模型,要根據情況具體分析,在不同的研究過程中,即便同一個研究對象也可能需要抽象成不同的模型。是否可以理想化地研究物理問題是有條件的,也是相對的,這個條件是指研究問題的本質條件,相對是指相對周圍的干擾條件和環境條件。
三、理想實驗
1.理想實驗也叫思想上的實驗或者抽象實驗。它是一種抽象思維與形象思維相互結合的思維過程,可以說是邏輯推理的另一種特殊的形式,在實際中并不能進行。它是以真實的科學實驗作為理論基礎,以邏輯法則為依據,用抽象思維來展開的實驗過程。它擁有真實驗的一些特點,但又和實際實驗完全不同。所以理想實驗也可以說是一種帶著物理學色彩的邏輯推理,是人們在思想上重新合理化的理想過程。理想實驗是進行物理理論研究的重要方法,在中學的物理教學中理想實驗也是經常要用到的。 2.理想實驗不同于真實的實驗。理想實驗不是一種實體活動,它不可以作為檢驗科學理論的標準;實際實驗在操作過程中總會有誤差,理想實驗則沒有誤差,要它精確到什么程度,它就能精確到什么程度;實際實驗要受到當時科技水平發展的限制,而理想實驗卻可以超越當時的科學水平,充分發揮人的思維想象的作用。
3.理想實驗在中學物理學中發揮著重要的作用。牛頓總結的慣性定律就是由理想實驗得出來的。物理學家亞里士多德認為:外力才是產生并使物體持續運動的根本原因。比如人拉車的時候車才前進,一旦人停下來,車也就跟著不動了。這個觀點被人們信仰了兩千多年,直到伽利略才把它改正過來。伽利略所“做”的理想實驗是這樣的:將一個堅硬的小球放在一個非常光滑的斜面上,小球將會自然地滾下來,并且會不斷加速。如果給小球施加一個沿斜面向上的力量,它就會往上滾而且越滾越慢。如果把小球放到一個光滑的水平面上會怎么樣呢?由于沒有了加速或者減速的外力,小球將會靜止不動。而如果再推動它一下,其中假設表面絕對光滑且無限大的話,小球將會永遠地運動下去。同時他還假想,如果有兩個表面光滑的斜面相接,靜止的小球從第一個光滑斜面滾下將會沿著第二個光滑斜面上到同樣的高度。跟隨著第二個光滑斜面的傾角越來越小,小球在它上面走過的距離也將不斷增大才能夠到達到同樣高度。若這個光滑斜面的傾角為零,小球就將永遠也達不到原來的高度了,將會一直地運動下去。根據這些理想化的“實驗”,伽利略推翻了亞里士多德的錯誤觀點,后來牛頓總結這些實驗并得出了慣性定律。理想實驗可以說在物理學的發展中起非常重要的作用,而且對于培養中學生敏銳的觀察力和分析力、超強的抽象思維能力都有很大的好處,在教學中必須給予足夠的重視。
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