物理教学中的理想实验

苏向英 孙红章

摘 要 物理学中的理想实验和真实物理实验既有区别又有联系，它的引入不仅能够提高课堂效果，而且在物理学的发展中起着至关重要的作用。

关键词 理想实验 真实实验 创造性思维

中图分类号：G632文献标识码：A

1理想实验的概述

“理想实验”是一种创造性的思维过程，这个过程来源于现实，却又超越现实，是科学工作者们在进行科学研究的过程中，为了克服一些科学技术条件和本身就带有复杂性的客观事物的限制，用创造性的思维，通过一系列的设想、推理、比较、验证等辩证的逻辑分析采取的一种研究与分析方法。

理想实验并不是脱离客观实际的主观臆想。它必须要根据真实的科学实验，抓住关键的科学事实;又必须使科学思维的能动作用得到充分的发挥，善于分析矛盾并且正确地进行逻辑推理。理想实验方法在自然科学研究中具有重要的作用，人们可以通过它对真实的科学实验有更深层次的理解，可以进一步发现客观现象和过程之间的内在逻辑联系，由此得到重要的结论。

2真实实验和理想实验的区别

理想实验在目的和特征上与真实的物理实验有很大的相似度，但是由于它不能够精准的展现出实验现象因而不能够当做是检验科学理论的准则。但是设计理想实验必须要以真实的物理实验作为基础，设想与之相似的实验条件，实验物以及实验过程，而且必须要有严密的推理，必须经得起推敲。

理想实验和真实物理实验的主要差别表现在，真实物理实验中，科学家一般都是通过实验现象来分析，研究从而得出的结论，但是在这一过程中总会存在些不可消除的误差。在理想实验中，理想实验都是由科学家经过针对理论知识的分析，不断的猜想和应用理论的基础一一验证得来的，大大简化了实验过程中会产生的各种问题，而且并没有误差。其次，理想实验是一种可以超过现代科学技术的实验，而实际科学技术会限制普通的物理实验。

3理想实验举例

怎么验证声音的传播过程中一定要有介质存在呢？我们只需验证声音在真空中是否能够传播即可。教师在讲解这一节课的时候可采用如下过程：在一个里面有空气的玻璃瓶内放入一个手机，然后用另外一个手机拨通玻璃瓶内的手机号，此时我们可以听到玻璃瓶内的手机铃声。然后，教师不断且匀速的将玻璃瓶内的空气抽出，随着玻璃瓶内空气的逐渐减少，学生们可以发现手机铃声也在逐渐变小。但是在课堂中，由于条件的限制，无法使得玻璃瓶内一点空气都没有，即无法保证绝对真空，所以理想的实验环境无法达到。此时我们就只能利用合理的假设、猜想，假设将玻璃瓶里面的空氣全部抽完，保证绝对的真空条件下，这时我们猜想将完全听不到手机铃声。

在研究电场强度时，假设在电场中放置检验电荷而不影响电场强度，考察场中各点F/q的比值，从而引出电场强度的概念，很明显上述实验是人们在思维过程中进行的一种理想化。爱因斯坦的很多划时代科学发现也是和理想实验方法息息相关的。他著名的关于引力质量等效性，惯性质量以及关于同时性的相对性的理想实验，都为他创立广义相对论和狭义相对论奠定了基础。20世纪初海森堡用以阐明测不准原理所用的“火箭仓”理想实验，以及1927年第五届索尔维会议上爱因斯坦与玻尔学派学术论战时用的“光子箱”实验，以及在这场会议上玻尔用以反驳爱因斯坦的改进之后的“光子箱实验，都是闻名世界的理想实验。

4理想实验的重要作用

理想实验属于一种科学思维“实验”，它在物理学中有着特殊的地位和作用。以伽利略的惯性定律为例，就是以真实实验为基础所作的理想实验，而且没有办法进行验证的“思维实验”，但是它的推理假设又是具有可行性的。正是运用理想实验的这种思维方式进行实验，伽利略才发现了惯性定律，并且否定了亚里士多德的“力是维持物体运动的原因”的观点。伽利略采用理想实验的方法将真实实验与理性思维紧密结合起来，作为逻辑推理的实验基础，而理想实验至今在科学研究中被科学家们普遍使用。

理想实验在科学研究中具有的方法论意义：（1）在“理想实验”中将实际事物当成是理想形态，简化了繁琐的实际过程，将主要因素突出，淡化了次要因素，用创造性的思维方式揭示物体的运动规律和本质。（2）它不受现有科学条件与研究环境等的限制，用特殊的思维方式和途径研究物体。（3）“理想实验”有利于发挥人们的思维能动性和创造性，提出更加新颖的科学命题，有利于完成研究的终极目标。著名的数学家拉普拉斯曾经说过“学会一位天才的研究方法，将对科学的进步有很大作用”。

5结束语

物理学科是一门实验与理论知识相互辅助、相互联系的学科，也是一门比较抽象的科学。理想实验的引入为物理教学提供了一种方法，能够帮助学生更好的理解理论知识，提高学生们学习物理的兴趣。同时，理想实验的运用对科学家们在探索研究中有着至关重要的作用，科学家们通过将真实实验和理想实验二者结合，运用理想化的思维方法，摆脱现实条件和技术条件等的限制，大大简化实验步骤，更加清晰明了的探究探索物理现象和本质。随着现代科学技术的迅速发展，理想实验在物理学发展中的作用更加不可忽略。

参考文献

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

[2] 王立.爱因斯坦和玻尔之争与理想实验[J].咸阳师范学院学报，2005，20（04）：16-20.