物理教學中的理想實驗

蘇向英 孫紅章

摘 要 物理學中的理想實驗和真實物理實驗既有區別又有聯系，它的引入不僅能夠提高課堂效果，而且在物理學的發展中起著至關重要的作用。

關鍵詞 理想實驗 真實實驗 創造性思維

中圖分類號：G632文獻標識碼：A

1理想實驗的概述

“理想實驗”是一種創造性的思維過程，這個過程來源于現實，卻又超越現實，是科學工作者們在進行科學研究的過程中，為了克服一些科學技術條件和本身就帶有復雜性的客觀事物的限制，用創造性的思維，通過一系列的設想、推理、比較、驗證等辯證的邏輯分析采取的一種研究與分析方法。

理想實驗并不是脫離客觀實際的主觀臆想。它必須要根據真實的科學實驗，抓住關鍵的科學事實;又必須使科學思維的能動作用得到充分的發揮，善于分析矛盾并且正確地進行邏輯推理。理想實驗方法在自然科學研究中具有重要的作用，人們可以通過它對真實的科學實驗有更深層次的理解，可以進一步發現客觀現象和過程之間的內在邏輯聯系，由此得到重要的結論。

2真實實驗和理想實驗的區別

理想實驗在目的和特征上與真實的物理實驗有很大的相似度，但是由于它不能夠精準的展現出實驗現象因而不能夠當做是檢驗科學理論的準則。但是設計理想實驗必須要以真實的物理實驗作為基礎，設想與之相似的實驗條件，實驗物以及實驗過程，而且必須要有嚴密的推理，必須經得起推敲。

理想實驗和真實物理實驗的主要差別表現在，真實物理實驗中，科學家一般都是通過實驗現象來分析，研究從而得出的結論，但是在這一過程中總會存在些不可消除的誤差。在理想實驗中，理想實驗都是由科學家經過針對理論知識的分析，不斷的猜想和應用理論的基礎一一驗證得來的，大大簡化了實驗過程中會產生的各種問題，而且并沒有誤差。其次，理想實驗是一種可以超過現代科學技術的實驗，而實際科學技術會限制普通的物理實驗。

3理想實驗舉例

怎么驗證聲音的傳播過程中一定要有介質存在呢？我們只需驗證聲音在真空中是否能夠傳播即可。教師在講解這一節課的時候可采用如下過程：在一個里面有空氣的玻璃瓶內放入一個手機，然后用另外一個手機撥通玻璃瓶內的手機號，此時我們可以聽到玻璃瓶內的手機鈴聲。然后，教師不斷且勻速的將玻璃瓶內的空氣抽出，隨著玻璃瓶內空氣的逐漸減少，學生們可以發現手機鈴聲也在逐漸變小。但是在課堂中，由于條件的限制，無法使得玻璃瓶內一點空氣都沒有，即無法保證絕對真空，所以理想的實驗環境無法達到。此時我們就只能利用合理的假設、猜想，假設將玻璃瓶里面的空氣全部抽完，保證絕對的真空條件下，這時我們猜想將完全聽不到手機鈴聲。

在研究電場強度時，假設在電場中放置檢驗電荷而不影響電場強度，考察場中各點F/q的比值，從而引出電場強度的概念，很明顯上述實驗是人們在思維過程中進行的一種理想化。愛因斯坦的很多劃時代科學發現也是和理想實驗方法息息相關的。他著名的關于引力質量等效性，慣性質量以及關于同時性的相對性的理想實驗，都為他創立廣義相對論和狹義相對論奠定了基礎。20世紀初海森堡用以闡明測不準原理所用的“火箭倉”理想實驗，以及1927年第五屆索爾維會議上愛因斯坦與玻爾學派學術論戰時用的“光子箱”實驗，以及在這場會議上玻爾用以反駁愛因斯坦的改進之后的“光子箱實驗，都是聞名世界的理想實驗。

4理想實驗的重要作用

理想實驗屬于一種科學思維“實驗”，它在物理學中有著特殊的地位和作用。以伽利略的慣性定律為例，就是以真實實驗為基礎所作的理想實驗，而且沒有辦法進行驗證的“思維實驗”，但是它的推理假設又是具有可行性的。正是運用理想實驗的這種思維方式進行實驗，伽利略才發現了慣性定律，并且否定了亞里士多德的“力是維持物體運動的原因”的觀點。伽利略采用理想實驗的方法將真實實驗與理性思維緊密結合起來，作為邏輯推理的實驗基礎，而理想實驗至今在科學研究中被科學家們普遍使用。

理想實驗在科學研究中具有的方法論意義：（1）在“理想實驗”中將實際事物當成是理想形態，簡化了繁瑣的實際過程，將主要因素突出，淡化了次要因素，用創造性的思維方式揭示物體的運動規律和本質。（2）它不受現有科學條件與研究環境等的限制，用特殊的思維方式和途徑研究物體。（3）“理想實驗”有利于發揮人們的思維能動性和創造性，提出更加新穎的科學命題，有利于完成研究的終極目標。著名的數學家拉普拉斯曾經說過“學會一位天才的研究方法，將對科學的進步有很大作用”。

5結束語

物理學科是一門實驗與理論知識相互輔助、相互聯系的學科，也是一門比較抽象的科學。理想實驗的引入為物理教學提供了一種方法，能夠幫助學生更好的理解理論知識，提高學生們學習物理的興趣。同時，理想實驗的運用對科學家們在探索研究中有著至關重要的作用，科學家們通過將真實實驗和理想實驗二者結合，運用理想化的思維方法，擺脫現實條件和技術條件等的限制，大大簡化實驗步驟，更加清晰明了的探究探索物理現象和本質。隨著現代科學技術的迅速發展，理想實驗在物理學發展中的作用更加不可忽略。

參考文獻

[1] Feynman，Leighton，Sands.The Feynman Lectures on Physics[J].Massachusetts： Addison-Wesley Publishing Co.Inc，1963：291-296.

[2] 王立.愛因斯坦和玻爾之爭與理想實驗[J].咸陽師范學院學報，2005，20（04）：16-20.