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1、高中物理高中物理课堂辅导讲座课堂辅导讲座高中部分高中部分农一师高级中学农一师高级中学主讲人：主讲人： 延洪波延洪波物理学研究的一种方法物理学研究的一种方法-理想化方法理想化方法 人们在观察自然现象时，常会发现要人们在观察自然现象时，常会发现要研究的对象中的一些性质，对于现象的过研究的对象中的一些性质，对于现象的过程及其最终结果具有决定性的影响，而另程及其最终结果具有决定性的影响，而另外的一些性质则起次要作用。为了便于研外的一些性质则起次要作用。为了便于研究，人们在观察和实验的基础上，运用抽究，人们在观察和实验的基础上，运用抽象思维能力，忽略次要因素和过程，只考象思维能力，忽略次要因素和过程，只
2、考虑起决定作用的主要因素和过程，把研究虑起决定作用的主要因素和过程，把研究对象形式化、纯粹化，这就是对象形式化、纯粹化，这就是理想化的方理想化的方法法。 2. 理想化方法理想化方法是一种科学抽象，是研究是一种科学抽象，是研究物理学的重要方法，它根据所研究问题物理学的重要方法，它根据所研究问题（一般都十分复杂，涉及诸多因素）的需（一般都十分复杂，涉及诸多因素）的需要和具体情况，确定研究对象的主要因素要和具体情况，确定研究对象的主要因素和次要因素，保留主要因素，忽略次要因和次要因素，保留主要因素，忽略次要因素，排除无关干扰，从而简明扼要地揭示素，排除无关干扰，从而简明扼要地揭示事物的本质。理想化的
3、方法，在自然科学事物的本质。理想化的方法，在自然科学中的应用主要是：设计中的应用主要是：设计理想实验理想实验，建立，建立理理想模型想模型。 3.1.理想实验：理想实验： 理想实验理想实验又叫做假想实验或思想上的又叫做假想实验或思想上的实验，它是人们在思想中塑造的一种理想实验，它是人们在思想中塑造的一种理想实验，是逻辑推理的一种特殊形式，在实实验，是逻辑推理的一种特殊形式，在实际中并不能进行，它可以使人们对实际的际中并不能进行，它可以使人们对实际的科学实验有更深刻的理解，可以进一步揭科学实验有更深刻的理解，可以进一步揭示出客观现象和过程之间内在的逻辑联系，示出客观现象和过程之间内在的逻辑联系，并
4、由此而得出重要的结论。并由此而得出重要的结论。 例如：作为经典力学基础的惯性定律，就例如：作为经典力学基础的惯性定律，就是是“理想实验理想实验”的一个重要结论。的一个重要结论。 4. 伽伽利利略略发发现现，当当一一个个球球从从一一个个斜斜面面上上滚滚下下而而又又滚滚上上第第二二斜斜面面时时，球球在在第第二二斜斜面面上上所所达达到到的的高高度度同同它它在在第第一一斜斜面面上上开开始始滚滚下下时时的的高高度度几几乎乎相相等等，伽伽利利略略认认为为高高度度上上的的这这一一微微小小差差别别是是由由于于摩摩擦擦而而产产生生的的，如如能能将将摩摩擦擦完完全全消消除除的的话话，高高度度将将恰恰好好相相等等。
5、然然后后，他他推推论论说说，在在完完全全没没有有摩摩擦擦的的情情况况下下，不不管管第第二二个个斜斜面面的的倾倾斜斜度度多多么么小小，球球在在第第二二个个斜斜面面上上总总要要达达到到相相同同的的高高度度，如如果果第第二二个个斜斜面面的的斜斜度度完完全全消消除除了了，那那末末球球从从第第一一个个斜斜面面上上滚滚下下来来以以后后，将将以以恒恒定定的的速速度度，在在无无限限长长的的平平面面上上永永远远不不停停地地运运动动下下去去。当当然然，这这个个实实验验是是无无法法做做的的，因因为为无无法法完完全全消消除除摩摩擦擦，所所以以这这是是一一个个“ “理理想想实实验验” ”。后后来来这这个个结结论论被被牛
6、牛顿顿总总结结为为力力学学第第一一定定律律，又又称称惯惯性性定定律律。由由此此可可见见，“ “理理想想实实验验” ”在在自自然然科科学学的的理理论论研研究中有着重要的作用。究中有着重要的作用。5.2.理想模型：理想模型： 所所谓谓理理想想模模型型，就就是是为为了了便便于于研研究究而而建建立立的的一一种种高高度度抽抽象象的的理理想想对对象象。作作为为科科学学抽抽象象的的结结果果，“理理想想模模型型”也也是是一一种种科科学学概概念念，但但是是它它不不同同于于一一般般科科学学概概念念。引引入入理理想想模模型型可可以以使使问问题题的的处处理理大大为为简简化化，而而又又不不会会发发生生多多大大的的偏偏差
7、差。对对于于比比较较复复杂杂的的研研究究对对象象，可可以以先先研研究究它它的的理理想想模模型型，然然后后对对研研究究结结果果进进行行修修正正，使使它它与与实实际际的的对对象象相符合。相符合。 理想模型理想模型可分为可分为对象模型对象模型、条件模型条件模型和和过过程模型程模型三类。三类。 6.(1)对象模型对象模型： 用来代替研究对象实体的理想化模型叫用来代替研究对象实体的理想化模型叫做对象模型，如质点、弹簧振子、单摆、理做对象模型，如质点、弹簧振子、单摆、理想气体、点电荷、理想变压器、点光源、光想气体、点电荷、理想变压器、点光源、光线、薄透镜以及关于原子结构的卢瑟福模型、线、薄透镜以及关于原子
8、结构的卢瑟福模型、玻尔模型等都属于对象模型。玻尔模型等都属于对象模型。 如单摆：悬挂小球的细线的伸缩和质量可以如单摆：悬挂小球的细线的伸缩和质量可以忽略，线长比球的直径大得多。忽略，线长比球的直径大得多。应选用体积小密度大小球和不可伸长的细线应选用体积小密度大小球和不可伸长的细线组成单摆。组成单摆。7.（2）条件模型条件模型： 把研究对象所处的外部条件理想化建立的模把研究对象所处的外部条件理想化建立的模型叫做条件模型。如光滑表面、轻杆、轻绳、均型叫做条件模型。如光滑表面、轻杆、轻绳、均匀介质、匀强电场和匀强磁场都属于条件模型。匀介质、匀强电场和匀强磁场都属于条件模型。 F1 如用一轻绳拉一质量
9、为如用一轻绳拉一质量为M的物体，绳的的物体，绳的右端施一水平向右的恒力右端施一水平向右的恒力F1 ，在光滑的水平，在光滑的水平面上向右运动。面上向右运动。 这段话中就涉及到轻绳、恒力、光滑这段话中就涉及到轻绳、恒力、光滑等理想条件。等理想条件。8. 对于轻绳受力分析，受到向右的拉力对于轻绳受力分析，受到向右的拉力F1和物体对绳向和物体对绳向左的拉力左的拉力F2的作用，根据牛顿第二定律，的作用，根据牛顿第二定律，F1-F2=ma，由于，由于轻绳的质量轻绳的质量m很小，可忽略为零，即很小，可忽略为零，即m=0，所以，所以F1-F2=0，F1=F2。可认为绳对物体的拉力大小等于。可认为绳对物体的拉力
10、大小等于F1。 又因为又因为F1恒定，水平面光滑，物体所受合力不变，恒定，水平面光滑，物体所受合力不变，a=F1/m不变，所以物体做匀变速直线运动，可以用匀不变，所以物体做匀变速直线运动，可以用匀变速直线运动的规律求解所求的问题。变速直线运动的规律求解所求的问题。结论结论：在摩擦不计的情况下，同一：在摩擦不计的情况下，同一轻绳轻绳上的张力大上的张力大小处处相等。小处处相等。F1F2F19.（3）过程模型过程模型： 实际的物理过程都是诸多因素作用的结实际的物理过程都是诸多因素作用的结果，忽略次要因素的作用，只考虑主要因素果，忽略次要因素的作用，只考虑主要因素引起的变化过程叫做过程模型。例如：在空
11、引起的变化过程叫做过程模型。例如：在空气中由静止开始下落的物体，若高度不大，气中由静止开始下落的物体，若高度不大，速度不太快，空气阻力的作用可忽略不计时，速度不太快，空气阻力的作用可忽略不计时，可抽象为自由落体运动。可抽象为自由落体运动。 匀速直线运动、匀变速直线运动、抛体匀速直线运动、匀变速直线运动、抛体运动、匀速圆周运动、简谐运动、弹性碰撞、运动、匀速圆周运动、简谐运动、弹性碰撞、等温过程、绝热过程、稳恒电流等等都属于等温过程、绝热过程、稳恒电流等等都属于过程模型。过程模型。 10. 在认识和理解物理模型时，应注意每种模在认识和理解物理模型时，应注意每种模型都有限定的适用条件和适用范围。把
12、一个实型都有限定的适用条件和适用范围。把一个实际问题抽象为什么样的模型，要具体问题具体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。可能需要抽象成不同的模型。 例如研究地球绕太阳公转的时候，由于例如研究地球绕太阳公转的时候，由于地球与太阳的平均距离（约为地球与太阳的平均距离（约为14960万公里）万公里）比地球的半径（约为比地球的半径（约为6370公里）大得多，这公里）大得多，这时就可把地球当作一个时就可把地球当作一个“质点质点”来处理，而研来处理，而研究地球自转，就不能将地球看作质点了。究地球
13、自转，就不能将地球看作质点了。 正确掌握理想化方法，有助于建立正确的正确掌握理想化方法，有助于建立正确的物理模型，这是解决物体问题最关键的第一步。物理模型，这是解决物体问题最关键的第一步。11.例例1：如图所示，长为：如图所示，长为5m的细线的两端分的细线的两端分别系于竖立在地面上相距为别系于竖立在地面上相距为4m 的两杆的顶的两杆的顶端端A、B。绳上挂一个光滑的轻质挂钩，其。绳上挂一个光滑的轻质挂钩，其下连着一个重为下连着一个重为12N的物体。平衡时，绳的物体。平衡时，绳中的张力中的张力T= 。ABOyT1T2Gx12对挂钩对挂钩O受力分析受力分析T1=T212.ABOyT1T2Gx1212
14、13.例例2：如图所示，物体：如图所示，物体A的质量大于的质量大于B的质量的质量绳子质量、绳与滑轮间的摩擦可不计，绳子质量、绳与滑轮间的摩擦可不计，A、B恰好处在平衡状态。如果将悬点恰好处在平衡状态。如果将悬点P移近移近Q少许，少许，则物体则物体B的运动情况是：的运动情况是：A、仍保持静止状态、仍保持静止状态 B、向下运动、向下运动C、向上运动、向上运动 D、无法判断、无法判断BAPQ14. 例例2：如图所示，物体：如图所示，物体A的质量大于的质量大于B的质的质量绳子质量、绳与滑轮间的摩擦可不计，量绳子质量、绳与滑轮间的摩擦可不计，A、B恰好处在平衡状态。如果将悬点恰好处在平衡状态。如果将悬点
15、P移近移近Q少少许，则物体许，则物体B的运动情况是：的运动情况是：A、仍保持静止状态、仍保持静止状态 B、向下运动、向下运动C、向上运动、向上运动 D、无法判断、无法判断BAPQBAP15.ABO例例1：如图所示，长为：如图所示，长为5m的细线的两端分的细线的两端分别系于竖立在地面上相距为别系于竖立在地面上相距为4m 的两杆的顶的两杆的顶端端A、B。绳上挂一个光滑的轻质挂钩，其。绳上挂一个光滑的轻质挂钩，其下连着一个重为下连着一个重为12N的物体。平衡时，绳的物体。平衡时，绳中的张力中的张力T= 。若将细线的若将细线的A端沿杆向下移端沿杆向下移动少许，绳上的张力动少许，绳上的张力T如何如何变化
16、？变化？A不变不变16. 例例3：对于一定质量的理想气体在等压变化：对于一定质量的理想气体在等压变化过程中，下列说法哪个正确？过程中，下列说法哪个正确？A、若气体膨胀，则对外作功，内能增加、若气体膨胀，则对外作功，内能增加B、因吸热而膨胀，对外做功，内能减小、因吸热而膨胀，对外做功，内能减小C、边放热，边膨胀对外作功，内能减小、边放热，边膨胀对外作功，内能减小D、若气体收缩，则外界对气体做功，内能减小、若气体收缩，则外界对气体做功，内能减小热力学第一定律热力学第一定律 E=W+Q解析：解析：17.例例4：如图所示，有一理想变压器，原线：如图所示，有一理想变压器，原线圈匝数为圈匝数为n1，两个副
17、线圈的匝数分别为，两个副线圈的匝数分别为n2和和n3，原副线圈的电压分别为，原副线圈的电压分别为U1、U2、U3，电流分别为，电流分别为I1、I2、I3，两个副线圈，两个副线圈负载电阻的阻值未知，下列结论中，正负载电阻的阻值未知，下列结论中，正确的是：确的是：A、U1:U2=n1:n2 U2:U3=n2:n3B、I1/I3=n3/n1 I1/I2=n2/n1C、n1I1=n2I2+n3I3D、I1U1=I2U2+I3U318.解析：因为理想变压器忽略了线圈的电阻（铜解析：因为理想变压器忽略了线圈的电阻（铜损）、铁心的漏磁及涡流（铁损），输入功率损）、铁心的漏磁及涡流（铁损），输入功率等于输出功
18、率，等于输出功率，P1=P2+P3，所以，所以I1U1=I2U2+I3U3 (1) 由于穿过原副线圈的磁通量相同，磁通量由于穿过原副线圈的磁通量相同，磁通量的变化率相同，所以各线圈的电压比总等于匝的变化率相同，所以各线圈的电压比总等于匝数比，数比，U1:U2:U3=n1:n2:n3 (2) (1)式两边除以式两边除以U1，得得I1=I2U2 /U1 +I3U3 /U1I1=I2n2 /n1 +I3n3 /n1,两边同乘以两边同乘以n1,得得n1I1=n2I2+n3I319. 例例4：如图所示，有一理想变压器，：如图所示，有一理想变压器，原线圈匝数为原线圈匝数为n1，两个副线圈的匝数分别，两个副
19、线圈的匝数分别为为n2和和n3，原副线圈的电压分别为，原副线圈的电压分别为U1、U2、U3，电流分别为，电流分别为I1、I2、I3，两个副线圈，两个副线圈负载电阻的阻值未知，下列结论中，正负载电阻的阻值未知，下列结论中，正确的是：确的是：A、U1:U2=n1:n2 U2:U3=n2:n3B、I1/I3=n3/n1 I1/I2=n2/n1C、n1I1=n2I2+n3I3D、I1U1=I2U2+I3U320.例例5：原子中的电子由离原子核较：原子中的电子由离原子核较近的轨道跃迁到离核较远的轨道上近的轨道跃迁到离核较远的轨道上时：时：A、核外电子受力变小、核外电子受力变小B、原子的能量增大、原子的能
20、量增大C、核外电子的动能减小、核外电子的动能减小D、核外电子的势能减小、核外电子的势能减小21.22.例例5：原子中的电子由离原子核较：原子中的电子由离原子核较远的轨道跃迁到离核较近的轨道上远的轨道跃迁到离核较近的轨道上时：时：A、核外电子受力变小、核外电子受力变小B、原子的能量增大、原子的能量增大C、核外电子的动能减小、核外电子的动能减小D、核外电子的势能减小、核外电子的势能减小23.小结：学习理想化方法，可以掌握小结：学习理想化方法，可以掌握一种科学的研究方法，以利于尽快一种科学的研究方法，以利于尽快抓住事物的本质，认识事物发展规抓住事物的本质，认识事物发展规律。可以帮助我们正确审题，准确律。可以帮助我们正确审题，准确建立物理模型，有利于提高分析问建立物理模型，有利于提高分析问题解决问题的能力。题解决问题的能力。24.25.
