关于应用理想化方法建立物理理想模型的思考

罗金福

摘 要：应用理想化方法建立物理理想模型是物理学的重要手段。现行多数版本的高中物理教材中第一个理想模型质点都是作为第一个物理概念出现的，而多数教师认为质点的概念和知识是比较简单，学生都能看懂，因此，在教学时往往没有理解教材的编写意图一带而过，导致教学效果不好。本文通过物理理想模型的概念和相关知识论证了教师应该从一开始，依托比较容易的知识出发，在传授知识的同时培养学生的物理思维，让学生认识到恰当的建立物理理想模型是学好物理学的一种科学方法。

关键词：理想化方法 物理理想模型 质点

从物理学发展的历史来看，建立理想模型，是简化物理学研究的重要手段。在新课程改革以来，现行多数版本的高中物理教材中质点都是作为第一个物理概念出现的，因此，它是首要的、最基础、最重要的物理概念。我们将由质点的教学开始去学习更多的物理知识和处理物理问题的科学方法，所以，结合质点知识的教学，培养学生用理想化方法去建立物理理想模型的思想和方法，是高中物理教学一个好的开端，它将是我们高中物理教学成功的一半。

一、物理理想模型的概念

所谓物理理想模型是根据所研究的物理现象的实际，从客观存在的事物中抽象出来的一种简单、近似、直观的物理模型。具体地说，是对事物的各个物理因素加以分析、忽略与研究的问题无关或影响较小的因素，突出对问题起决定性作用的主要因素，从而把问题简化，这一理想的抽象出来的物理模型，就是物理理想模型。

二、通过理想化方法建立质点模型

根据物理理想模型的概念，在研究物理现象的过程中，被研究的物体的大小、形状在讨论的问题中可以忽略时，我们就可以用一个有质量没有大小的点来代替物体，这一个点就是物理学上通常所说的质点。如求一例火车由成都到上海所用的时间，此过程中火车的大小、形状比起火车通过的路程完全可以忽略不计，因此，火车可以用一个质点来代替。这一模型的建立是保留了物体从成都运动到上海这一主要因素，忽略了物体大小、形状这些次要因素的思维方法，就是物理学上所常说的理想化方法。具有质量，又没有大小的物体是不存在的，但质点是我们从实际物理问题中为研究的方便科学的抽象出来的，被理想化了的研究对象，就是物理学上常说的物理理想模型。它是为了研究问题的方便，抓问题的主要因素，忽略次要因素而建立的。

三、物理理想模型是通过理想化方法的一种科学抽象

建立物理理想模型的一般原则是首先突出问题的主要因素，忽略问题的次要因素。按照高中物理新课程标准的要求，物理学是一门基础自然科学，它所研究的是物质的基本结构、最普遍的相互作用、最一般的运动规律。因此，它所研究的对象、问题都是社会生活中鲜活的物体和事件，往往比较复杂，受诸多因素的影响，但有的是主要因素，有的是次要因素，为了使物理问题简单化，也为了便于研究分析，我们往往把研究的对象、問题简化为物理理想模型。因此，物理理想模型是一种通过理想化方法科学的抽象，主要表现在：近似性、局限性、相对性和抽象性四个方面。首先物理理想模型的近似性主要表现在任何一个理想模型都是以一定的客观实体为基础，它反映了事物的主要性质，在误差允许范围内完全能代替研究对象；其次任何物理理想模型都是在一定的条件下建立起来的，离开了相应的条件这一模型就不能使用，这就是理想模型的局限性；其三某个物体在不同的情况下，能否作为理想模型处理不是由物体本身决定的，而因研究问题的改变而变化的，这就是物理理想模型的相对性；其四物理理想模型与实体不同，它在实际生活中是不存在，是以实事为依据经理想化方法抽象出来的，这又表现了它的抽象性。例如我们研究火车从成都开往上海的运行时间这类问题时，由于火车的长度比成都到上海的距离小得多，这时我们可以不考虑火车的长度，可把火车看作质点，即质点是实际物体的一种抽象，是理想化的物理模型。其次物理理想模型要根据所研究问题的需要而定，并不是不变的，把一个实际问题抽象为什么样的模型，要具体问题具体分析，即使同一研究对象，在不同的研究中也可能需要抽象成不同的模型。例如我们研究火车从成都开往上海的运行时间这类问题时，把列车可看作质点来处理，但若我们研究火车从成都开往上海的运行过程中通过某一座不太长的桥所需时间的问题时，火车的长度就不能忽略，火车就不能看作质点了。因此，解决物理问题选择模型时，要综合考虑所研究问题的目的、性质等，然后再做出选择，不能随意地把什么对象、什么条件、什么过程归入某一种模型，应根据具体问题具体分析选择相应的物理理想模型。

四、建立物理理想模型方法是物理学的一种重要方法

所有从事物理教学工作的人都知道在力、热、电、光、原等各部分物理知识的学习和研究中物理理想模型的建立和应用是必不可少的。高中物理中理想模型大致可分为四类。第一类是，将物质形态自身理想化，如：质点、系统、理想气体、点电荷、匀强电场、匀强磁场等等；第二类是，将所处的条件理想化，如：轻杆、轻绳、光滑、绝热、绝缘等等；第三类是，将结构理想化，如：分子电流、原子模式结构、磁力线、电力线等等；第四类是，将运动变化过程理想化，如：匀速直线运动、匀变速直线运动，匀速圆周运动、抛体运动，简谐振动，等温、等容、等压过程，稳恒电流等。可见物理理想模型的建立和运用涉及到高中物理知识的各个部分，整个高中物理教学过程的始终，是教师必须教好，学生务必掌握的一种重要方法。

多数教师认为质点的概念和知识是比较简单的，学生都能看懂，因此，在教学时往往没有理解教材的编写意图一带而过，结果很多学生没有真正理解质点的含义，不能准确和灵活的运用，更没有通过理想化方法去建立物理理想模型的思想意识。这样教师没有理解教材编写的目的，没有及时把物理的重要思想和方法教给学生，使得学生学习方法不当，教学效果不好。因此，作为高中物理教师应该从质点这一比较容易的知识出发，从高中教学的第一节课开始站在学好物理学的高度，在传授知识的同时培养学生的物理思维，随着教学的深入让学生理解并形成用理想化方法建立物理理想模型的能力，掌握学好物理学的一种科学方法。