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理想化方法 物理世界，万千变幻，涵盖宇宙。当我们研究某一具体的物理现象时，必需去除表像，删繁就简。这一思想方法的哲学意义就是，任何矛盾都有主次之分，而事物的性质又是矛盾的主要方面所决定的。因而，突出主要矛盾、分析矛盾的主要方面，忽略次要矛盾和次要因素，就成为我们研究物理问题时常用的思维方法，即理想化方法。 一、什么是理想化方法 无论是探索物理现象，揭示物理过程的规律，还是解决实际物理问题，都需要建立理想模型或理想过程。理想化方法就是借助于逻辑思维和想象力，有意识地突出研究对象的主要原因，完全排除次要因素和无关因素的干扰，在大脑中形成理想化的研究客体或相互联系，来探索物理世界内在奥秒的方法。它是一种科学抽象的方法。在物理学研究中，理想化方法一般有如下三种形式：对物理条件的理想化；建立理想模型；进行理想实验。 二、物理条件的理想化 在物理学研究中，研究对象往往处于多种条件之中，但对要研究的问题来说，并不是所有的条件都起同样重要的作用，而是只有一种或少数几种起主要作用，其余的或者不起作用，或者作用很微弱。对物理条件的理想化就是要抓住起主要作用的条件，完全忽略其它条件的影响。例如，研究电子在电场中的运动，可以把电子所处的条件理想化为不存在重力场而只受电场力作用。 ①忽略特定条件下的外界影响 所谓外界影响是指相对于研究对象这一系统之外的影响，特定条件是指要研究的是什么问题。根据要研究的问题，来确定哪些外界影响可以忽略，哪些不可以忽略。一般地说，忽略那些微弱的以及由研究问题所决定可以忽略的外界影响。对研究系统影响的外界因素如：风力、能量交换、光照、湿度变化、噪声、电磁波等等。我们下面通过一个例子来说明可忽略哪些外界影响。 在卡诺进行热机效率的理论研究之前，经瓦特改良后的蒸汽机虽然比纽可门机的效率高3-4倍，但是浪费能量仍很严重。因此，卡诺提出能不能从理论上解决蒸汽机的最高效率问题。大家知道，蒸汽机是个复杂的系统，处于各种各样的条件之中，如工质温度的变化，工质同外界热量的交换，内部器件之间、器件与工质之间的摩擦等等。这些因素在具体应用中都无法排除，不可忽略。但是要将这些因素都考虑进去，研究起来将非常复杂、非常困难。于是卡诺设想了一个理想循环，这个循环由两个等温过程和两个绝热过程组成。他忽略了工质温度的变化，使循环过程是等温的；忽略了工质和外界交换热量等因素，使循环过程成为绝热的；忽略了真实工质在热机循环后被抛弃于外面这一因素，使循环成为封闭的。卡诺设想的这部热机，虽然在现实中永远制造不出来，但由于其纯化了热机所处的条件，概括和抽象出热机的本质和特性，从而在理论上解决了热机的最高效率问题，所以能为切实提高热机的实际效率提供理论指导。 在一些情况下，有些外界影响是不得不考虑的，如研究感光材料，就得考虑自然光照或其它光照问题；研究电磁学中一些精密的测量问题，就不能忽视空间电磁场的作用，故常用屏蔽效应来排除它的影响。 ②忽略一些摩擦力 所以提出“忽略一些摩擦力”，是因为在某些情况下，有一些摩擦力非但不能忽略，反而起着主要的作用，如机动车辆的运行、传送带运输物品等。我们只能忽略那些弱小的、不起主要作用的摩擦力。例如，当我们研究物体在较光滑斜面或平面上运动的问题时，一般忽略滑动摩擦力、空气阻力的影响。在前面讲到的卡诺理想循环中，就忽略了工质和器件之间的摩擦、器件之间的摩擦等，从而使循环成为可逆的。 落体运动是一种常见的运动。物体在下落过程中，除了受重力作用外，还受到与物体的大小、空气的密度、湿度等多种因素有关的空气阻力的影响，这些影响往往又是极其复杂、难以事先计算和精确测量的。因此，严格说来，这样一个看来简单的实际运动，也是无法完全准确地进行预测的，不用说更复杂的物理过程了。为了研究自然现象的规律，并把它建立在完全定量的精确基础上，人们从大量实际落体中找出这种运动的共同本质和主要矛盾──它们都是由于受重力作用而发生的。突出这个共同本质，而排除其它所有因素，就诞生一种理想过程──自由落体运动，即质点在唯一的重力作用下产生的竖直方向上的匀加速直线运动。 ③忽略非重要的作用力 在被研究的系统中，有时研究对象受到多种力的作用，有的力对研究的问题有意义，起主导作用，有的力对研究的问题没有意义，或者其强度比起主导作用的力小，只有很弱的影响。这时，就可以忽略这些弱的非本质作用的力，只考虑起主要作用的力。至于哪些力可被忽略，要由具体情况而定。如研究带电粒子之间的相互作用，就可以忽略它们之间的万有引力作用，但当研究带电液滴在电场中的运动时，就不能不考虑重力。 量子力学建立之后，科学家们尝试用它去解决实际问题，如求解氢原子的能量本征值和本征函数等。实质上，这些问题都是求解薛定谔方程，但由于微观世界本身的复杂性，要精确求解非常困难