物理教學中理想化知識點

邵曉明

所謂的理想化，就是在現實世界不存在的一種假想.在物理學科中，涉及許多理想化的模型.理想化模型包括對象模型、過程模型等.理想化知識點和理想化方法，為物理教學增添了濃重的一筆.

一、過程理想化——瞬時速度

在物理知識體系中，存在速度理想化的內容，那就是瞬時速度.從數學的思想和角度出發，物理學中的瞬時速度是有違常理的.因為即使是一個非常短暫的時間，物體在這個短暫的時間里進行運動，體現出來的還是一個過程.無論物體怎樣運動，它都是一個過程和狀態.瞬時速度在高中物理中的滲透，常常令學生百思不得其解.速度的理想化，即瞬時速度的出現，簡化了高中物理學科知識的復雜性和難理解性，便于學生解決物理問題.可以說，瞬時速度就是高中物理知識體系中一道亮麗的風景.例如，在物理學習中，常常遇到關于打點計時器的物理問題.瞬時速度在打點計時器中得到廣泛應用，能將復雜的物理問題進行簡化.如，打點計時器在紙帶上依次發出A、B、C、D、E五個點，假設打點計時器的打點運動是勻速直線運動，且A到E之間的距離為0.4m，在整個打點過程中，共花費2s的時間，求打點計時器打到C點時的速度.這是關于瞬時速度的典型題目.在勻速直線運動中，中間時候的瞬時速度等于這段時間的平均速度.因此，在C點時的速度為0.2m/s.根據平均速度的基本公式v=xt，瞬時速度就是時間無限接近于零時的速度.然而，時間會無限地小，但是只要物體在運動，時間永遠也不可能是0.在高中物理知識里，瞬時速度就是一個簡單的理想化例子.

二、實驗理想化——伽利略斜面實驗

實驗理想化，就是在實驗過程中，假定某些實驗條件處于理想狀態.為了方便結論的得出，理想化實驗在物理中普遍存在.理想化實驗對實驗中的一些基本條件，尤其是外界環境的影響，給出了足夠的優化，最大限度地使實驗條件富有一定的理想優勢.在物理學中，伽利略的斜面實驗，就是典型的理想化實驗模型.以伽利略的理想斜面實驗為例，分析理想化狀態時物體運動與力之間的關系，這是伽利略理想化實驗的基本研究對象.通過科學和嚴謹的推理，伽利略認為：如果一切接觸面都是光滑的，即物體在運動過程中不再受到摩擦力的作用，將摩擦力進行理想化，假設其為零，一個鋼珠從斜面的某一高度A處靜止滾下，由于只受重力，沒有阻力產生能量損耗，那么它必定到達另一斜面的同一高度C.如果把斜面放平緩一些，也會出現同樣的情況.如果將斜面變成水平面，鋼珠就會一直運動下去.鋼珠因為找不到同樣的高度而一直保持一種運動狀態，永不停止地運動下去.伽利略的理想化實驗，闡述了運動與力的關系.他提出力不是維持運動的原因，成為物理學發展史上的一個重要事件，為后來力學的物理研究提供了一定的理論基礎和指導作用.需要指出的是，伽利略的這種理想化實驗有悖常理.在自然界中，沒有絕對光滑的接觸面，或多或少地物體都會受到摩擦力的作用.為了方便實驗研究，伽利略對實現進行了理想化，得出了推理結果.

三、帶電體理想化——點電荷

電荷，具有一定的體積、大小和質量.電荷同一切物體一樣，具有質量、密度等基本特征，然而物理課程中，在普遍的靜電場題目中，電荷被賦予新的內涵，即當電荷本身對研究對象沒有影響時，可以將電荷簡化為一個點，沒有實在的意義.點電荷的理想化，與質點其實如出一轍，都是因為它們對研究對象、解題過程沒有影響，或是影響可以忽略不計時，進行的高度簡化，即理想化.以點電荷的理想化為例，分析和闡述物理學科中理想化知識點.關于理想狀態下的電荷，判斷能夠將電荷看作點電荷，是物理學中常見的考點設置.如，下面關于點電荷的說法中，正確的是（）.A.只有體積非常小的帶電體，才能當作點電荷 B.體積很大的帶電體，一定不能當作點電荷 C.當兩個帶電體的大小遠遠小于它們之間的距離時，可以看作點電荷 D.一切帶電體，都可以看作點電荷 根據帶電體能否被看作點電荷的基本條件，在以上的說法中，只有選項C符合點電荷的條件.當帶電體對研究的問題沒有影響時，才可以被當作點電荷，這與其體積的大小無關，很大的帶電體有可能被看作點電荷，而體積很小的帶電體也有可能不被當作點電荷.點電荷的理想化，簡化了物理學中的復雜知識，特別是在庫倫定律的應用中，點電荷發揮了不可估量的作用.

總之，在物理教學中，存在許多理想化的知識與模型.這些理想化對象、實驗和方法的存在，加強了物理學科的本身特色，讓物理學科的學習變得更加有趣.理想化知識的出現，推動了物理學的發展進程.endprint