理想化實(shí)驗(yàn)越來(lái)越受到人們的重視,它促進(jìn)了物理規(guī)律、理論的發(fā)展,推動(dòng)了物理學(xué)向新的領(lǐng)域擴(kuò)展.
1、推動(dòng)物理學(xué)發(fā)展
由于受人們認(rèn)識(shí)水平和時(shí)代科技水平的限制,理想化模型不可能全面地反映原型,所以如果提出的理想化模型不能說(shuō)明新觀察到的現(xiàn)象,或與新的實(shí)驗(yàn)事實(shí)有矛盾,就需要對(duì)這個(gè)理想化模型進(jìn)行補(bǔ)充、修正、甚至否定,提出新的理想化模型,再由實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn).在這一發(fā)展過(guò)程中,理想化模型對(duì)原型的近似程度得到了提高.
創(chuàng)建物理學(xué)離不開建立物理理想化模型的例子在物理學(xué)史上屢見不鮮,比比皆是.在力學(xué)中,牛頓提出了萬(wàn)有引力理論便是一個(gè)著名的例證.牛頓一方面運(yùn)用了開普勒的行星運(yùn)動(dòng)的太陽(yáng)系模型,另一方面借助數(shù)學(xué)方法證明了“一個(gè)球體吸引外邊物體時(shí),它們的質(zhì)量就好像集中在它們各自的中心一樣太陽(yáng)系中的所有星球可視為有質(zhì)量而無(wú)形狀與大小的質(zhì)點(diǎn).”據(jù)此,建立了質(zhì)點(diǎn)模型,把宇宙萬(wàn)物視為質(zhì)點(diǎn).從而首先發(fā)現(xiàn)了萬(wàn)有引力定律.理想化模型是在物理學(xué)的發(fā)展過(guò)程中逐漸建立的.
如1897年湯姆遜發(fā)現(xiàn)了電子,鑒于原子呈電中性,他提出了原子的“棗糕”模型.這個(gè)模型能解釋一些實(shí)驗(yàn)事實(shí),但沒(méi)過(guò)幾年就被新的實(shí)驗(yàn)事實(shí)否定了.1909年盧瑟福及蓋革等人做的a粒子散射實(shí)驗(yàn),其結(jié)果根本無(wú)法用湯姆遜模型解釋.1911年盧瑟福為解釋a粒一子散射實(shí)驗(yàn)的結(jié)果,提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型.這個(gè)模型很好地解釋了a粒子的散射實(shí)驗(yàn),初步建立了原子的結(jié)構(gòu)的正確圖景.建立核式模型,雖然只是科學(xué)家建立理想化模型的一個(gè)例子,但它反映了建立理想化模型的一般方法.實(shí)驗(yàn)觀察是建立理想化模型的基礎(chǔ),抽象分析和形象想象是建立理想化模型的基本手段,觀察、分析、抽象、想象是建立理想化模型的一般方法和過(guò)程.
2、促進(jìn)物理教學(xué)
物理模型的提出與發(fā)展揭示了物理概念的進(jìn)化與形成;所以模型方法也就成為理解物理概念的基本思路.如物理學(xué)中的專用或通用名詞“物質(zhì)”或“物體”是沒(méi)有形態(tài)和大小的是各種物質(zhì)或物體的抽象,可視為物理學(xué)的語(yǔ)言模型.電學(xué)中的庫(kù)侖定律只適用于真空中的點(diǎn)電荷模型.幾何光學(xué)反射,折射定律則是因?yàn)榻⒘恕肮饩€”“點(diǎn)光源”“平滑的反射面,折射面”這些光學(xué)模型后方才得出的等等.解答物理習(xí)題亦可以說(shuō)是應(yīng)用模型方法的過(guò)程.基本思路大體如下:分析題意,確定對(duì)象的理想化模型,察看對(duì)象所處環(huán)境,確定過(guò)程的理想化模型,然后將物理模型轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型,推出結(jié)果.現(xiàn)舉一例說(shuō)明模型方法在解題中應(yīng)用.