理想模型在物理学中的应用

1、    理想模型在物理学中的应用    冯君生 党婕理想模型，作为物理学家推导、建立许多的定理和公式的重要依据之一，对整个物理学的研究与学习起到了极其重要的作用。无论在解决理论问题方面，还是在实际测算领域，理想模型都是一个重要的工具。所以，引导初学者经历这样一个渐进的过程：初步接触、理解、应用乃至深度应用物理学中的理想模型。尤其是对于电动力学的初学者而言，毫无疑问，这是电动力学教学过程中的重要一环。一、理想模型在电动力学中的应用电动力学中有着许许多多的理想模型，下面就举出几个电动力学中模型的例子。1.点电荷某个空间内，存在着两个相互作用的带电物体，而这两

2、者之间相隔的距离远远大于两个电荷的线度时，往往为了研究的简便和单一性，我们把电荷理想成一个点电荷这个点电荷的大小线度近乎为零，形状也不足以会影响两者作用结果，或者说，此时把它近似地看做一个带电的纯几何点。这样的近似模型，就是一个很简单的理想模型。点电荷有时会被认为是指几何线度无限小即缩成几何上的点的电荷，实际上并非如此。所谓点电荷并非是指几何线度无穷小，而是其形状与电荷在带电体中的分布对所研究的问题已无关紧要。点电荷這种理想模型是实际带电体的抽象和近似。它使许多复杂多样的实际问题分解或者简化为某种基本问题。例如：洛伦兹力公式推导建立、试验电荷的引入以及带电体产生的电场和带电体之间相互作用的定量

3、研究等。2.电场线以及磁感应线为形象地描述出某种物质的形状、特征，英国物理学家法拉第人为画出一些有着特殊形状的曲线，以便研究的实体形象化，这便是电场线与磁感应线产生的原始目的。在研究电场过程中，电场线被画出，作为电场分布形象描述的辅助工具。在电场线描述的电场中，一些物理量被合理地解释和适当地理解，如场强等等。电场线也是一个理想模型，它实际上并不存在。磁感应线与电场线十分相似，磁感应线也是假象出来，用作描述磁场分布的空间曲线簇，人们借助磁感应线更加形象地理解磁场中的相互作用和发生的一切变化。二、理想模型在电动力学教学中的作用1.理想模型形成了电动力学相关概念建立物理规律的基础电动力学的主要目的是

4、探索电磁场中各种粒子最基本的运动形态、粒子结构及相互作用，要达到这种目的，必须得出反映微观粒子运动过程在一定条件的物理规律，并要求在此基础上形成系统严密的电动力学理论，而由于微观世界粒子的复杂性和多样性，完全按照物理客体的本来面目进行研究，问题将变得很复杂，很难得出定量物理规律和系统的物理理论，这就要求对其进行抽象，得出能反映粒子客体本质属性的理想模型。理想模型是电动力学规律、理论与客观世界之间的中间环节，所以说，理想模型是电动力学规律和理论赖以建立的基础。2.理想模型所得出的结论具有较强的适用性在构建电动力学理想模型时，虽然忽略了一些次要因素，但由于保留了影响物理性质的主要因素，因而得出的结

5、论具有适用性，其结果虽然有其近似的一面，但物理学家们只要对这些结论进行适当修正，便可与实际物理过程较好地符合。三、高中物理教学当中理想模型的应用物理作为我国素质教育中的一部分，在高中物理教学中，物理知识都是一些比较抽象的规律和定律，对于这些抽象化的知识，如果老师只是一味地讲述，学生在学起来就会显得比较吃力。理想模型是为了便于研究而建立的一种高度抽象的理想客体，在高中物理教学中，能够将抽象化的知识简单化，从而便于学生掌握，保障教学质量。1.提高学生对知识的掌握能力在我国高中物理教学中，物理知识都是一些比较抽象的东西，许多物理概念是反映物理现象和过程本质属性的思维。利用理想模型，根据教学内建立相应

6、的模型，通过模型来将抽象的概念实体化、简明化，从而提高学生对知识的掌握能力和理解能力。例如，某高中教师在讲解牛顿定律的时候，老师为了加深学生对知识的了解，利用多媒体技术建立这样一个模型：两个水平面，其中一个水平面上铺设毛巾，两分块木头别置于两个不同的平面上，用力推木头，木头向前滑动，当推力停止时，木头就会停下。通过这样的模型来加深学生对牛顿定律的了解与认识，同时也活跃课堂氛围，提高学生学习的积极性。2.提高学生的科学素质理想模型是根据物理规律客观存在的特性进行模型建立，通过模型可以简化知识，在一定条件下，作为一种近似，可以把实际事物当作模型来处理，从而揭示物理规律的处理问题的方法。例如，在某高中物理教学中，在研究天体运动这一知识时，老师利用计算机技术，将天体运动的轨迹通过模型建造来进行表述，通过简化天体运动这一抽象的知识，学生通过模型了解到天体运动的轨迹是椭圆运动，从而加深学生对知识的掌握，同时椭圆运动又与数学有着密切的关联，通过模型建造不仅可以提高学生的科学素质，还可以达到一举多得的教学效果。物理作为一门抽象化的学科，在我国高中阶段，学生对抽象化的物理知识较为难以理解和掌握。同时在我国当前社会发展形势下，社会对人才的需求日益膨胀，高中物理作为我国素质教育中的一部分，保障其教学质量有着重要意义。随着教学方法种类的增多，理想模型作为一种教学方法已经被