浅析物理学中化理想方法.docVIP

浅析物理学中的化理想方法 史金锋 摘要：本文对物理学中最基本的两种理想化方法即理想化模型、理想化实验的定义、种类以及在物理学中的作用做了一些简单的讨论。 关键词：物理学 理想化模型 理想化实验 0引言 纵观物理学的发展史，研究物理学的人们为了探索和揭示复杂的物理事物本质和规律，根据所研究对象和问题的特点，总在自觉或不自觉地把复杂的实际问题转化成理想的简单的问题来研究，从而简明扼要地揭示事物的本质，这种方法我们把它称为理想化方法。当然科学化的理想并不是无根据的幻想，而是有其客观根据的。客观存在的复杂事物具有多方的特性，但在一定条件下，并非所有的性质都起作用，这就要求我们对所要研究的问题抓住起主要作用的性质或条件加以研究，而忽略其他次要因素。在物理学研究中，理想化方法主要包括理想化模型和理想化实验法。 1理想化模型 所谓理想化模型就是根据研究对象和问题的特点，撇开，舍弃次要因素抓住主要矛盾后从而建立起来的一个易于研究的，能反映研究对象本质、特征的抽象模型 。 1.1理想模型的分类 1.1.1实体理想化（把事物本身理想化的物理模型） 这种模型是建立在客观实体的基础上，根据讨论问题的性质和需要，将事物本身理想化，抽象成反映事物本身特性的理想实体，这样可以更加便于研究问题。  例如“质点”的概念它是物理学中一个最基本最重要的理想化模型 。为其他模型建立奠定了坚实的基础。大家都知道客观世界中的任何物体都具有一定的大小、形状 、质量及内部结构，即使是很小的原子，电子及其他基本粒子也不例外。一般地物体运动时其内部各点的位置变化常常是各不相同的，而且物体的大小、形状也可能发生变化。但是，如果在我们所研究的现象中，物体的大小和形状与研究的问题无关或者是起的作用很小，那么，我们就可以忽略物体的大小和形状，近似的把这物体看作是一个具有质量而没有大小和形状的理想物体即质点。质点这一概念忽略了大小形状等因素突出了位置和质量特性。然而任何理想模型的建立都要根据具体的实际情况而定。那么为什么可以忽略实际物体和质点概念之间的差异？这有两种情况：一是一个体积不是很大的物体，其运动被定域在非常广阔的空间里面，所以运动的大小跟空间限度想必是可以忽略的；二是运动物体上各个不同位置的点具有完全相同的运动状态，在这两种情况下，可以把物体看成忽略大小和形状的质点来研究。就像研究地球绕太阳公转时，由于地球的半径(约为6.4x10.km)远远小于地球与太阳间的距离(约为1.5x10.km)，相对于太阳来说，地球上各点的运动情况基本相同。这时，地球的质量是主要特性，而地球的大小和形状是次要的，可以忽略，而将地球这个庞然大物当作质点，从分析这个质点的运动入手，就可以了解整个地球的公转规律。几百年来，人们对天体运动的研究表明，把天体看成质点能够正确地解决不少问题。同样，刚体、理想流体、绝对黑体、点电荷等理想模型，都具有很大的实际意义。 1.1.2系统理想模型 系统一般泛指相互作用的物体的全体。如遵循牛顿第三定律、相互作用的物体的全体，叫做“力学系统”。我一般在讨论重力势能时，把地球和某物体视为“保守力系统”等。这些系统都是理想化的物理模型，称为系统理想模型。这种理想模型忽略了其它物体对系统的影响，如力的作用、能量传递等，这时只研究系统内部物体间相互作用的规律。“力学系统”忽略了其它物体对系统的万有引力作用等。“保守力系统”忽略了一些非保守力因素，如摩擦等。事实上。现实世界中严格的保守力系统和绝热系统是不存在的。 1.1.3环境理想化或条件理想化模型 任一客观物体可能出于一个复杂的环境或受多方面条件因素的制约，但在某一特定现象中只有一些因素起主要作用，其他因素只起次要作用或不起作用。在分析研究中，抓住起主要作用的因素，暂时忽略其他方面的因素，合理的进行理想化，把多种条件或复杂的环境用简单的理想模型来代替。这样的模型突出影响物体所处的条件的主要因素，便于人们寻找其中的基本规律。许多物理规律就是利用这样的理想模型发现的。 例如研究电子在电场中的运动时，电子既处在电场环境作用下，也处在重力场环境中 ，但由于电子质量很小，因而所受重力和电场力比较起来也很小。这种情况下可以忽略掉重力对电子的影响，认为电子的运动是只在电场力作用下发生的，这就是将复杂的环境和条件进行了简化即理想化。再如落体运动问题中，其中起主要作用的因素是地球对物体的引力。而空气的阻力只是起次要作用的因素，至于空气的挠动是偶然的因素，对物体的下落不起实质的影响。因而，我们只抓住地球对物体的引力这个起主要作用的因素，暂时忽略其他的因素，使问题简化