物理教学中理想化知识点

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  所谓的理想化,就是在现实世界不存在的一种假想.在物理学科中,涉及许多理想化的模型.理想化模型包括对象模型、过程模型等.理想化知识点和理想化方法,为物理教学增添了濃重的一笔.
  一、过程理想化——瞬时速度
  在物理知识体系中,存在速度理想化的内容,那就是瞬时速度.从数学的思想和角度出发,物理学中的瞬时速度是有违常理的.因为即使是一个非常短暂的时间,物体在这个短暂的时间里进行运动,体现出来的还是一个过程.无论物体怎样运动,它都是一个过程和状态.瞬时速度在高中物理中的渗透,常常令学生百思不得其解.速度的理想化,即瞬时速度的出现,简化了高中物理学科知识的复杂性和难理解性,便于学生解决物理问题.可以说,瞬时速度就是高中物理知识体系中一道亮丽的风景.例如,在物理学习中,常常遇到关于打点计时器的物理问题.瞬时速度在打点计时器中得到广泛应用,能将复杂的物理问题进行简化.如,打点计时器在纸带上依次发出A、B、C、D、E五个点,假设打点计时器的打点运动是匀速直线运动,且A到E之间的距离为0.4m,在整个打点过程中,共花费2s的时间,求打点计时器打到C点时的速度.这是关于瞬时速度的典型题目.在匀速直线运动中,中间时候的瞬时速度等于这段时间的平均速度.因此,在C点时的速度为0.2m/s.根据平均速度的基本公式v=xt,瞬时速度就是时间无限接近于零时的速度.然而,时间会无限地小,但是只要物体在运动,时间永远也不可能是0.在高中物理知识里,瞬时速度就是一个简单的理想化例子.
  二、实验理想化——伽利略斜面实验
  实验理想化,就是在实验过程中,假定某些实验条件处于理想状态.为了方便结论的得出,理想化实验在物理中普遍存在.理想化实验对实验中的一些基本条件,尤其是外界环境的影响,给出了足够的优化,最大限度地使实验条件富有一定的理想优势.在物理学中,伽利略的斜面实验,就是典型的理想化实验模型.以伽利略的理想斜面实验为例,分析理想化状态时物体运动与力之间的关系,这是伽利略理想化实验的基本研究对象.通过科学和严谨的推理,伽利略认为:如果一切接触面都是光滑的,即物体在运动过程中不再受到摩擦力的作用,将摩擦力进行理想化,假设其为零,一个钢珠从斜面的某一高度A处静止滚下,由于只受重力,没有阻力产生能量损耗,那么它必定到达另一斜面的同一高度C.如果把斜面放平缓一些,也会出现同样的情况.如果将斜面变成水平面,钢珠就会一直运动下去.钢珠因为找不到同样的高度而一直保持一种运动状态,永不停止地运动下去.伽利略的理想化实验,阐述了运动与力的关系.他提出力不是维持运动的原因,成为物理学发展史上的一个重要事件,为后来力学的物理研究提供了一定的理论基础和指导作用.需要指出的是,伽利略的这种理想化实验有悖常理.在自然界中,没有绝对光滑的接触面,或多或少地物体都会受到摩擦力的作用.为了方便实验研究,伽利略对实现进行了理想化,得出了推理结果.
  三、带电体理想化——点电荷
  电荷,具有一定的体积、大小和质量.电荷同一切物体一样,具有质量、密度等基本特征,然而物理课程中,在普遍的静电场题目中,电荷被赋予新的内涵,即当电荷本身对研究对象没有影响时,可以将电荷简化为一个点,没有实在的意义.点电荷的理想化,与质点其实如出一辙,都是因为它们对研究对象、解题过程没有影响,或是影响可以忽略不计时,进行的高度简化,即理想化.以点电荷的理想化为例,分析和阐述物理学科中理想化知识点.关于理想状态下的电荷,判断能够将电荷看作点电荷,是物理学中常见的考点设置.如,下面关于点电荷的说法中,正确的是().A.只有体积非常小的带电体,才能当作点电荷 B.体积很大的带电体,一定不能当作点电荷 C.当两个带电体的大小远远小于它们之间的距离时,可以看作点电荷 D.一切带电体,都可以看作点电荷 根据带电体能否被看作点电荷的基本条件,在以上的说法中,只有选项C符合点电荷的条件.当带电体对研究的问题没有影响时,才可以被当作点电荷,这与其体积的大小无关,很大的带电体有可能被看作点电荷,而体积很小的带电体也有可能不被当作点电荷.点电荷的理想化,简化了物理学中的复杂知识,特别是在库伦定律的应用中,点电荷发挥了不可估量的作用.
  总之,在物理教学中,存在许多理想化的知识与模型.这些理想化对象、实验和方法的存在,加强了物理学科的本身特色,让物理学科的学习变得更加有趣.理想化知识的出现,推动了物理学的发展进程.
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