理想实验在物理学中的应用.doc

错误!未定义书签。 ABSTRACT 错误!未定义书签。 TOC \o 1-5 \h \z 1、 觀 2 1.1理想实验的概述 2 1.2理想实验的发展进程 2 2、 理想实验的性质 4 2.1理想实验的概念与特点 4 2.2理想实验与真实实验的联系与区别 4 3、 理想实验在物理学中的作用 6 3.1理想实验在物理学发展中的作用 6 3.1.1理想实验推动物理学发展 6 3.1.2理想实验是建立新概念的有效方法 7 3.1.3理想实验是探索和创建新理论的最佳方法 8 3.2理想实验在物理学理论研究中的应用 8 3. 2.1狭义相对论思想萌芽 8 3. 2.2相对论的建立 9 3. 2.3静止质量的解释 9 4、 理想实验在物理教学中的作用 10 4.1理想实验在物理教学中的应用 10 4.1.1垂直于相对运动方向的长度测量与运动无关的理想实验 10 4.1.2非惯性系与引力场等效的理想实验 10 4. 2理想实验在物理教学中的作用 错误!未定义书签。 5、 总结与展望 错误!未定义书签。 16 1、绪论 1.1理想实验的概述 理想实验是人们在大脑中想象出来的实验过程，是一种利用逻 辑来进行推理的思维过程，是物理学的专利和特有法宝。在研究物 理科学的理论时，理想实验具有非常重大的意义。当代社会，人们 对实际的科学实验有了更深刻的理解大都离不开理想实验，而利用 理想实验还可以发现特别的一些规律，得到一些非常有用的结论。 1.2理想实验的发展进程 亚里士多德认为力是维持物体运动的原因，这个观念让公元前 4世纪的人们一直处在一个错误的物理环境中。伽利略被称作“近 代物理学之父”，在物理学领域中做出了很多重大贡献，其中他借 助了大量理想实验来揭示出一些正确的科学观点，由此推翻了亚里 士多德的错误观点，把人们从错误观点的漩涡中解脱出来，并使得 物理学发展出现了新的希望。其中“第二斜面”这一理想实验揭示 出了 “惯性定律”，这一定律标志着物理学就此诞生了［11。 另外爱因斯坦、麦克斯韦等著名科学家都运用了理想实验，建 立了许多新的科学概念，“理想实验”在物理学科学的探索之路上 起着重要的作用，它是创建新理论的有效方法。直到现代，虽然新 科学技术发张迅速，但理想实验的地位仍不可小覷，尤其在物理教 学中也起了十分重要的作用，因此现在理想实验依旧受到了广泛的 关注和重视。 2、理想实验的性质 2.1理想实验的概念与特点 在众多学科中，物理学是一门实验性很强的学科，物理概念和 物理规律的建立，通常都需要借助实验；同时理论又指导实验，并 在新的实验的基础上继续完善理论［2］。 理想实验，不需要人们动手去操作，只需要用大脑想象出实验 的装置和过程；然后提出一些假设，依据一些本来就已证实的理论 进行推论和演算；最终经过一系列的分析得到实验结论。131。 理想实验是一种假想的实验，但也不能脱离实际，所以说它的 特点是以是科学实践为基础，以思维辩证为根本，以创新精神为骨 髓，以推导演练为方法。在一定的条件下理想实验是可以转化为真 实实验的，它可以用来推翻旧的不合理的理论，同时还能帮助建立 一种新的理论。 2.2理想实验与真实实验的联系与区别 真实的科学实验与理想实验相比，真实的科学实验需要动手用 具体的实验装置去做，这样就肯定会受到一定的制约，还要考虑到 实验条件的影响和实验误差的分析等情况，而理想实验就可以排去 这些林林种种，只取其精华部分。同时在当今物理学领域的研究中， 光依靠真实实验已经远远不能满足实际需求了。比如，在实验室里 我们是不可能用实际手段制作出黑洞，而史蒂芬霍金之所以能够洞 悉许多宇宙黑洞的奥秘就是凭借了大量的理想实验［4］。再有就是， 近代物理实验需要花费较多的费用和时间，有的甚至没有多大的意 义，这种情况下用理想实验代替更能起到一种独特的作用。 理想实验一方面跟真实的科学实验存在不同，另一方面跟纯粹 的理论假说或理论推演也有区别。 理想实验中包括了很多理论假说或理论推演的成分，甚至其中 绝大部分都运用到了，但二者还是有很大的区别。有两个最为显著 的特点体现在理想实验方面：第一点，理想实验需要构想出一套模 型化的装置和具体的实验状态。第二点，理想实验本身就包含着一 个特征环节，就是需要比较判别，相比之下，理论假说或理论推演 是不一定需要比较判别的，它的主要部分是逻辑分析和数学推导 才，所以说二者有所区别l3j。 3、理想实验在物理学中的作用 3.1理想实验在物理学发展中的作用 现在，理想实验得到人们越来越多的重视，它促进了物理规律、 理论的发展，推动了物理学向新的领域扩展，它在物理学发展中起 了非常重要的作用： 3.1.1理想实验推动物理学发展 理想实验能澄清物理学中的错误观念，推动物理学的发展，下 面以伽利略的一个理想实验来