學(xué)科教育論文-理想實驗方法.doc

學(xué)科教育論文-理想實驗方法【摘要】本文主要闡述了什么是理想實驗方法、理想實驗的作用、并在典型實例剖析的基礎(chǔ)上，總結(jié)出理想實驗方法的地位和意義。【關(guān)鍵詞】理想實驗理想模型單擺卡諾熱機引言：物理學(xué)從萌芽到近、現(xiàn)代都以它充滿這里的思維方式影響著人們的思想、觀點和方法，影響著社會生活。重視科學(xué)態(tài)度和科學(xué)方法教育。既是物理學(xué)自身發(fā)展所決定的、也是提高全民族素質(zhì)所決定的。下面所要闡述的就是牽引著物理學(xué)發(fā)展的一條紅線理想實驗方法，以期拋磚引玉。一、什么是理想實驗及其作用理想實驗就是在進行實驗的過程中，為了研究、處理問題的方便，突出主要因素、忽略次要因素，用簡單而抽象的理想物體代替復(fù)雜而具體的實際研究對象進行實驗。例如在所研究的問題中，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時，就可以把物體看作一個具有質(zhì)量而沒有大小和形狀的質(zhì)點。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。理想實驗方法是形成物理概念、建立物理規(guī)律的基礎(chǔ)；運用理想實驗方法，可以簡化和純化研究對象及其所處狀態(tài)和發(fā)展變化的過程，大大方便了對物理問題的處理；對于許多復(fù)雜的物理問題、可以先進行理想實驗，再對實驗所得出的結(jié)論加以適當?shù)男拚?，以便于解決實際的物理問題。二、典型實例剖析1、單擺運動的研究在研究單擺的運動規(guī)律時，高中教材上曾寫道：“在一根不能伸長、又沒有質(zhì)量的線下端系一個質(zhì)點”就是一個單擺。我們知道，在自然界中既不存在不能伸長又沒有質(zhì)量的線，也不存在只有大小而沒有質(zhì)量的質(zhì)點。但是在我們研究單擺運動的過程中，單擺的質(zhì)量和伸長是很微小的、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與幅角無關(guān)，實際上通常情況下，單擺的運動不是簡諧運動、只有當擺角很小時（小于50時），單擺的運動才可以看作是簡諧運動。當擺角較大時，上面的公式需要加以修正。單擺在實際生活中很有用，惠更斯在1656年首先利用單擺的等時性發(fā)明了帶擺的計時器（1657年獲得專利），由于單擺的周期可以通過改變擺長來調(diào)節(jié)，所以計時很方便，因此現(xiàn)在仍然應(yīng)用在時鐘里。而且利用單擺的等時性還可以測定各地的重力加速度。2、卡諾熱機的研究卡諾在熱機的研究過程中發(fā)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)最簡單的熱機至少有一個高溫?zé)嵩春鸵粋€低溫?zé)嵩?。因此，這個熱機的工作循環(huán)必然是由兩個等溫過程（當工作物質(zhì)與兩個熱源接觸時）和兩個絕熱過程（當工作物質(zhì)與兩個熱源脫離時）所組成的，這就是所謂的“卡諾熱機”?？ㄖZ認識到，一個實際熱機的效率，是與它的結(jié)構(gòu)、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，卡諾決定撇開熱機工作過程中的那些次要因素，抓住高溫和低溫?zé)嵩催@兩個主要因素，建立理想熱機的理想模型。并得到理想熱機必須至少工作于兩個熱源之間、熱機的效率僅取決于兩個熱源的溫度差（T1-T2)/T1，而與采用什么工作物質(zhì)無關(guān)。自從第一次工業(yè)革命問世以后，工業(yè)得到了突飛猛進的發(fā)展，但是蒸汽機的效率只有百分之五，如何提高熱機的工作效率，一直是人們所關(guān)注的焦點?？ㄖZ熱機的研究，為實際工作效率的提高指明了方向。而且，一切實際熱機的工作效率，都不可能大于卡諾熱機的效率。3、理想斜面實驗伽利略用著名的理想斜面實驗，糾正了亞里斯多德“運動需要力來維持”的錯誤觀點，發(fā)現(xiàn)了力與運動關(guān)系的規(guī)律。伽利略所采用的理想實驗和科學(xué)推理的方法，得到了愛因斯坦高度贊揚：“伽利略的發(fā)現(xiàn)以及他所應(yīng)用的科學(xué)的推理方法是人類思想史上最偉大的成就之一，而且標志著物理學(xué)的真正開端。它是由考慮一個既沒有摩擦又沒有任何外力作用而永遠運動的物體的理想實驗而得來的，這個發(fā)現(xiàn)告訴我們，根據(jù)直接觀察所得出的直覺的結(jié)論不是常常可靠的，因為它們有時會引起錯誤的線索上去?！睆倪@些例子以及后來的許多的例子中，我們認識到用思維來創(chuàng)造理想實驗的重要性。4、研究聲音在真空中是否能傳播我們在研究聲音在真空中是否能傳播時就應(yīng)用了理想實驗；我們實驗時在鐘罩里放入一個正在發(fā)聲的鬧鈴，然后將鐘罩里的空氣逐漸抽出，隨著空氣越來越少，鐘罩里越來越接近真空，我們聽到的鈴聲越來越弱，然后我們根據(jù)這個依據(jù)合理的推出：當鐘罩里的空氣少到極限即鐘罩里是真空時，我們將聽不見聲音，這樣我們得出聲音不能在真空中傳播的規(guī)律。結(jié)語：一、理想實驗的研究，培養(yǎng)了我們的創(chuàng)造思維能力，既然是理想的，也就是現(xiàn)實生活和實踐中所不存在的。我們必須忽略次要因素、抓住主要因素，利用豐富的專業(yè)知識構(gòu)建恰當?shù)奈锢砝硐肽Ｐ汀６?、運用理想實驗方法有利于發(fā)揮想象力和物理抽象能力，從而形成概念、發(fā)現(xiàn)規(guī)律，學(xué)習(xí)和教學(xué)中應(yīng)從這方面發(fā)展物理思維能力。三、理想實驗方法的學(xué)習(xí)與研究，培養(yǎng)了我們正確的認識論和處理問題的方法技巧。認識和解決問題，應(yīng)該抓主要矛盾而非次要矛盾，也就是我們通常所說“牽牛要牽牛鼻子”。【參考文獻】1)高中課本物理第一冊人民教育出版社2)八年級物理上冊、九年級物理全一冊人教實驗版3)簡明物理辭典1983年12月第一版湖北人民出版社4)模型實驗的理論和應(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)教育的理論與實踐王欣陜西