理想實(shí)驗(yàn)方法

1、理想實(shí)驗(yàn)方法【摘要】本文主要闡述了什么是理想實(shí)驗(yàn)方法、理想實(shí)驗(yàn)的作用、并在典型實(shí)例剖析的根底上，總結(jié)出理想實(shí)驗(yàn)方法的地位和意義。【關(guān)鍵詞】理想實(shí)驗(yàn)理想模型單擺卡諾熱機(jī)引言：物理學(xué)從萌芽到近、現(xiàn)代都以它充滿(mǎn)這里的思維方式影響著人們的思想、觀點(diǎn)和方法，影響著社會(huì)生活。重視科學(xué)態(tài)度和科學(xué)方法教育。既是物理學(xué)自身開(kāi)展所決定的、也是進(jìn)步全民族素質(zhì)所決定的。下面所要闡述的就是牽引著物理學(xué)開(kāi)展的一條紅線(xiàn)理想實(shí)驗(yàn)方法，以期拋磚引玉。一、什么是理想實(shí)驗(yàn)及其作用理想實(shí)驗(yàn)就是在進(jìn)展實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，為了研究、處理問(wèn)題的方便，突出主要因素、忽略次要因素，用簡(jiǎn)單而抽象的理想物體代替復(fù)雜而詳細(xì)的實(shí)際研究對(duì)象進(jìn)展實(shí)驗(yàn)。例如在所

2、研究的問(wèn)題中，物體的大小和形狀不起作用或其作用并不顯著可以忽略不計(jì)時(shí)，就可以把物體看作一個(gè)具有質(zhì)量而沒(méi)有大小和形狀的質(zhì)點(diǎn)。剛體、理想物體也都是一種理想化的模型。在一定的條件下引入抽象化、理想化的模型是物理學(xué)中重要的科學(xué)分析方法。理想實(shí)驗(yàn)方法是形成物理概念、建立物理規(guī)律的根底；運(yùn)用理想實(shí)驗(yàn)方法，可以簡(jiǎn)化和純化研究對(duì)象及其所處狀態(tài)和開(kāi)展變化的過(guò)程，大大方便了對(duì)物理問(wèn)題的處理；對(duì)于許多復(fù)雜的物理問(wèn)題、可以先進(jìn)展理想實(shí)驗(yàn)，再對(duì)實(shí)驗(yàn)所得出的結(jié)論加以適當(dāng)?shù)男拚员阌诮鉀Q實(shí)際的物理問(wèn)題。二、典型實(shí)例剖析1、單擺運(yùn)動(dòng)的研究在研究單擺的運(yùn)動(dòng)規(guī)律時(shí)，高中教材上曾寫(xiě)道：“在一根不能伸長(zhǎng)、又沒(méi)有質(zhì)量的線(xiàn)下端系一個(gè)質(zhì)

3、點(diǎn)就是一個(gè)單擺。我們知道，在自然界中既不存在不能伸長(zhǎng)又沒(méi)有質(zhì)量的線(xiàn)，也不存在只有大小而沒(méi)有質(zhì)量的質(zhì)點(diǎn)。但是在我們研究單擺運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，單擺的質(zhì)量和伸長(zhǎng)是很微小的、是次要的，擺球的大小可以不考慮，介質(zhì)阻力也可以忽略。還有，我們得到的單擺周期公式中，很明顯，T與幅角無(wú)關(guān)，實(shí)際上通常情況下，單擺的運(yùn)動(dòng)不是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)、只有當(dāng)擺角很小時(shí)小于50時(shí)，單擺的運(yùn)動(dòng)才可以看作是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。當(dāng)擺角較大時(shí)，上面的公式需要加以修正。單擺在實(shí)際生活中很有用，惠更斯在1656年首先利用單擺的等時(shí)性創(chuàng)造了帶擺的計(jì)時(shí)器1657年獲得專(zhuān)利，由于單擺的周期可以通過(guò)改變擺長(zhǎng)來(lái)調(diào)節(jié)，所以計(jì)時(shí)很方便，因此如今仍然應(yīng)用在時(shí)鐘里。而且利用單擺

4、的等時(shí)性還可以測(cè)定各地的重力加速度。2、卡諾熱機(jī)的研究卡諾在熱機(jī)的研究過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，構(gòu)造最簡(jiǎn)單的熱機(jī)至少有一個(gè)高溫?zé)嵩春鸵粋€(gè)低溫?zé)嵩?。因此，這個(gè)熱機(jī)的工作循環(huán)必然是由兩個(gè)等溫過(guò)程當(dāng)工作物質(zhì)與兩個(gè)熱源接觸時(shí)和兩個(gè)絕熱過(guò)程當(dāng)工作物質(zhì)與兩個(gè)熱源脫離時(shí)所組成的，這就是所謂的“卡諾熱機(jī)?？ㄖZ認(rèn)識(shí)到，一個(gè)實(shí)際熱機(jī)的效率，是與它的構(gòu)造、加熱器和冷凝器的溫度、工作物質(zhì)的性質(zhì)等許多因素有關(guān)系的。為了研究方便，卡諾決定撇開(kāi)熱機(jī)工作過(guò)程中的那些次要因素，抓住高溫和低溫?zé)嵩催@兩個(gè)主要因素，建立理想熱機(jī)的理想模型。并得到理想熱機(jī)必須至少工作于兩個(gè)熱源之間、熱機(jī)的效率僅取決于兩個(gè)熱源的溫度差T1-T2)/T1，而與采用什么

5、工作物質(zhì)無(wú)關(guān)。自從第一次工業(yè)革命問(wèn)世以后，工業(yè)得到了突飛猛進(jìn)的開(kāi)展，但是蒸汽機(jī)的效率只有百分之五，如何進(jìn)步熱機(jī)的工作效率，一直是人們所關(guān)注的焦點(diǎn)。卡諾熱機(jī)的研究，為實(shí)際工作效率的進(jìn)步指明了方向。而且，一實(shí)在際熱機(jī)的工作效率，都不可能大于卡諾熱機(jī)的效率。3、理想斜面實(shí)驗(yàn)伽利略用著名的理想斜面實(shí)驗(yàn)，糾正了亞里斯多德“運(yùn)動(dòng)需要力來(lái)維持的錯(cuò)誤觀點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)了力與運(yùn)動(dòng)關(guān)系的規(guī)律。伽利略所采用的理想實(shí)驗(yàn)和科學(xué)推理的方法，得到了愛(ài)因斯坦高度贊揚(yáng)：“伽利略的發(fā)現(xiàn)以及他所應(yīng)用的科學(xué)的推理方法是人類(lèi)思想史上最偉大的成就之一，而且標(biāo)志著物理學(xué)的真正開(kāi)端。它是由考慮一個(gè)既沒(méi)有摩擦又沒(méi)有任何外力作用而永遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)的物體的理想實(shí)

6、驗(yàn)而得來(lái)的，這個(gè)發(fā)現(xiàn)告訴我們，根據(jù)直接觀察所得出的直覺(jué)的結(jié)論不是常?？煽康?，因?yàn)樗鼈冇袝r(shí)會(huì)引起錯(cuò)誤的線(xiàn)索上去。從這些例子以及后來(lái)的許多的例子中，我們認(rèn)識(shí)到用思維來(lái)創(chuàng)造理想實(shí)驗(yàn)的重要性。4、研究聲音在真空中是否能傳播我們?cè)谘芯柯曇粼谡婵罩惺欠衲軅鞑r(shí)就應(yīng)用了理想實(shí)驗(yàn)；我們實(shí)驗(yàn)時(shí)在鐘罩里放入一個(gè)正在發(fā)聲的鬧鈴，然后將鐘罩里的空氣逐漸抽出，隨著空氣越來(lái)越少，鐘罩里越來(lái)越接近真空，我們聽(tīng)到的鈴聲越來(lái)越弱，然后我們根據(jù)這個(gè)根據(jù)合理的推出：當(dāng)鐘罩里的空氣少到極限即鐘罩里是真空時(shí)，我們將聽(tīng)不見(jiàn)聲音，這樣我們得出聲音不能在真空中傳播的規(guī)律。結(jié)語(yǔ)：一、理想實(shí)驗(yàn)的研究，培養(yǎng)了我們的創(chuàng)造思維才能，既然是理想的，也就

7、是現(xiàn)實(shí)生活和理論中所不存在的。我們必須忽略次要因素、抓住主要因素，利用豐富的專(zhuān)業(yè)知識(shí)構(gòu)建恰當(dāng)?shù)奈锢砝硐肽Ｐ?。二、運(yùn)用理想實(shí)驗(yàn)方法有利于發(fā)揮想象力和物理抽象才能，從而形成概念、發(fā)現(xiàn)規(guī)律，學(xué)習(xí)和教學(xué)中應(yīng)從這方面開(kāi)展物理思維才能。三、理想實(shí)驗(yàn)方法的學(xué)習(xí)與研究，培養(yǎng)了我們正確的認(rèn)識(shí)論和處理問(wèn)題的方法技巧。認(rèn)識(shí)和解決問(wèn)題，應(yīng)該抓主要矛盾而非次要矛盾，也就是我們通常所說(shuō)“牽牛要牽牛鼻子?！緟⒖嘉墨I(xiàn)】1)高中課本?物理?第一冊(cè)人民教育出版社2)八年級(jí)?物理?上冊(cè)、九年級(jí)?物理?全一冊(cè)人教實(shí)驗(yàn)版3)?簡(jiǎn)明物理辭典?1983年12月第一版湖北人民出版社4)?模型實(shí)驗(yàn)的理論和應(yīng)用?日江守一郎等1984年8月第一版科學(xué)出版社5)?物理科學(xué)教育的理論與理論?王欣陜西人民出版社6