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学科教育论文理想实验方法【摘要】本文主要阐述了什么是理想实验方法、理想实验的作用、并在典型实例剖析的基础上,总结出理想实验方法的地位和意义。【关键词】理想实验理想模型单摆卡诺热机引言物理学从萌芽到近、现代都以它充满这里的思维方式影响着人们的思想、观点和方法,影响着社会生活。重视科学态度和科学方法教育。既是物理学自身发展所决定的、也是提高全民族素质所决定的。下面所要阐述的就是牵引着物理学发展的一条红线理想实验方法,以期抛砖引玉。一、什么是理想实验及其作用理想实验就是在进行实验的过程中,为了研究、处理问题的方便,突出主要因素、忽略次要因素,用简单而抽象的理想物体代替复杂而具体的实际研究对象进行实验。例如在所研究的问题中,物体的大小和形状不起作用或其作用并不显著可以忽略不计时,就可以把物体看作一个具有质量而没有大小和形状的质点。刚体、理想物体也都是一种理想化的模型。在一定的条件下引入抽象化、理想化的模型是物理学中重要的科学分析方法。理想实验方法是形成物理概念、建立物理规律的基础运用理想实验方法,可以简化和纯化研究对象及其所处状态和发展变化的过程,大大方便了对物理问题的处理对于许多复杂的物理问题、可以先进行理想实验,再对实验所得出的结论加以适当的修正,以便于解决实际的物理问题。二、典型实例剖析1、单摆运动的研究在研究单摆的运动规律时,高中教材上曾写道在一根不能伸长、又没有质量的线下端系一个质点就是一个单摆。我们知道,在自然界中既不存在不能伸长又没有质量的线,也不存在只有大小而没有质量的质点。但是在我们研究单摆运动的过程中,单摆的质量和伸长是很微小的、是次要的,摆球的大小可以不考虑,介质阻力也可以忽略。还有,我们得到的单摆周期公式中,很明显,T与幅角无关,实际上通常情况下,单摆的运动不是简谐运动、只有当摆角很小时(小于50时),单摆的运动才可以看作是简谐运动。当摆角较大时,上面的公式需要加以修正。单摆在实际生活中很有用,惠更斯在1656年首先利用单摆的等时性发明了带摆的计时器(1657年获得专利),由于单摆的周期可以通过改变摆长来调节,所以计时很方便,因此现在仍然应用在时钟里。而且利用单摆的等时性还可以测定各地的重力加速度。2、卡诺热机的研究卡诺在热机的研究过程中发现,结构最简单的热机至少有一个高温热源和一个低温热源。因此,这个热机的工作循环必然是由两个等温过程(当工作物质与两个热源接触时)和两个绝热过程(当工作物质与两个热源脱离时)所组成的,这就是所谓的卡诺热机。卡诺认识到,一个实际热机的效率,是与它的结构、加热器和冷凝器的温度、工作物质的性质等许多因素有关系的。为了研究方便,卡诺决定撇开热机工作过程中的那些次要因素,抓住高温和低温热源这两个主要因素,建立理想热机的理想模型。并得到理想热机必须至少工作于两个热源之间、热机的效率仅取决于两个热源的温度差(T1T2/T1,而与采用什么工作物质无关。自从第一次工业革命问世以后,工业得到了突飞猛进的发展,但是蒸汽机的效率只有百分之五,如何提高热机的工作效率,一直是人们所关注的焦点。卡诺热机的研究,为实际工作效率的提高指明了方向。而且,一切实际热机的工作效率,都不可能大于卡诺热机的效率。3、理想斜面实验伽利略用著名的理想斜面实验,纠正了亚里斯多德运动需要力来维持的错误观点,发现了力与运动关系的规律。伽利略所采用的理想实验和科学推理的方法,得到了爱因斯坦高度赞扬伽利略的发现以及他所应用的科学的推理方法是人类思想史上最伟大的成就之一,而且标志着物理学的真正开端。它是由考虑一个既没有摩擦又没有任何外力作用而永远运动的物体的理想实验而得来的,这个发现告诉我们,根据直接观察所得出的直觉的结论不是常常可靠的,因为它们有时会引起错误的线索上去。从这些例子以及后来的许多的例子中,我们认识到用思维来创造理想实验的重要性。4、研究声音在真空中是否能传播我们在研究声音在真空中是否能传播时就应用了理想实验我们实验时在钟罩里放入一个正在发声的闹铃,然后将钟罩里的空气逐渐抽出,随着空气越来越少,钟罩里越来越接近真空,我们听到的铃声越来越弱,然后我们根据这个依据合理的推出当钟罩里的空气少到极限即钟罩里是真空时,我们将听不见声音,这样我们得出声音不能在真空中传播的规律。结语一、理想实验的研究,培养了我们的创造思维能力,既然是理想的,也就是现实生活和实践中所不存在的。我们必须忽略次要因素、抓住主要因素,利用丰富的专业知识构建恰当的物理理想模型。二、运用理想实验方法有利于发挥想象力和物理抽象能力,从而形成概念、发现规律,学习和教学中应从这方面发展物理思维能力。三、理想实验方法的学习与研究,培养了我们正确的认识论和处理问题的方法技巧。认识和解决问题,应该抓主要矛盾而非次要矛盾,也就是我们通常所说牵牛要牵牛鼻子。【参考文献】1高中课本物理第一册人民教育出版社2八年级物理上册、九年级物理全一册人教实验版3简明物理辞典1983年12月第一版湖北人民出版社4模型实验的理论和应用(日)江守一郎等1984年8月第一版科学出版社5物理科学教育的理论与实践王欣陕西人民出版社6相似理论与模型实验徐挺1982年12月第一版中国农业出版社7职大物理冯爱华1993年第一期8邵通师范高等专科学校校报2000年(总74期)9科学理论模型的建构张琼军1990年11月第一版浙江科学技术出版社
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